水平地震下单桩动力响应的数值模拟及参数分析

针对水平地震作用下的桩土相互作用体系,建立了单桩-地基土系统三维有限元几何模型,运用此模型,对系统进行了水平地震作用下的单桩横向非线性动力响应分析,计算中,考虑了地基土的材料非线性、桩土界面状态非线性以及桩土弹模比、土体材料阻尼比和输入地震动水平等非线性因素和材料参数的影响.计算结果表明:桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响较为明显.     

非匀质土中单桩横向非线性静力响应三维有限元模拟

以通用有限元软件ANSYS为平台,建立了非匀质土中水平受荷单桩非线性三维有限元模型.通过与Satio的原位试验实测值比较,证明了本文模型可较真实的反映水平荷载作用下桩一土相互作用体系的力学响应.并进一步研究了各土层土体性质对水平受荷单桩工作性状的影响,计算结果对水平受荷桩基础研究与设计有一定的参考价值.     

桩-土-上部结构相互作用体系的非线性地震反应分析

本文采用双线性等向硬化模型考虑结构的非线性,并用Drucker-Prager理想弹塑性模型模拟土的非线性,同时在桩-土接触面上设置接触单元模拟桩-土间的非线性,建立了一个桩-土-上部结构相互作用体系的有限元分析模型,对不同的建筑场地条件下桩-土-上部结构相互作用体系的地震响应进行了探讨,分析了结构的内力以及变形分布情况,得到了一些有应用价值的结论．     

土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥地震响应的影响

为研究土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥动力特性及地震响应的影响规律,利用有限元软件Midas/Civil建立了2个空间有限元成桥状态模型,分别采用J.Penzien集中质量模型模拟的桩土边界和承台底部固结边界,并对结构进行了动力特性分析和不同地震工况下的非线性时程分析.研究结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,且对主塔参与的振型影响很大.与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用的结构在地震作用下的内力响应减小20%左右,而桥塔位移响应增大约50%,主梁位移响应增大约3%.因此,此类结构抗震设计时需基于不同控制目标选择不同的基础处理方式.     

基于桩土相互作用下高桩码头地震响应分析

针对桩土相互作用下髙桩码头结构在不同工况下的地震响应情况,利用大型商业软件ABAQUS建立了桩-土-结构有限元模型。在假定桩土之间非线性作用下,对高桩码头在不同地震幅值、土体强度、桩间间距、有无斜桩等工况下进行模拟分析,得到了码头面板及桩的位移和加速度动态响应图。结果表明:码头的地震响应随地震幅值的增大而增强;土体的强度对码头的地震响应影响相对较小;码头结构对码头的地震响应有较大影响。     

桩-土（软支撑）-结构非线性动力相互作用分析

基于群桩-土软支撑模型,建立了土-结构相互作用有限元简化分析模型.针对不同地震激励,不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析.结果表明:在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用动力反应结果可能大于固基假定情形,且下部桩-土软支撑会对上部结构柔弱层位置产生影响,分析结果与现有的试验成果具有良好的一致性.以简化非线性弹-阻单元的形式等代桩-土实体单元接触面,能有效和快速地进行复杂的SSI动力时程分析及抗震评估.     

大型群桩-软土共同作用性状研究

以某水闸工程为研究对象,应用有限元方法对大型群桩与软土地基共同作用性状进行了研究.建立三维非线性有限元模型,通过改变影响沉降参数和桩体布置方式、桩径、桩端土性质等,分析了群桩沉降性状.结果表明,在实际工程中,桩直径以800~1 000 mm为优,桩端部土体用于持力层的土体弹性模量不宜小于400 MPa.     

瑞利波作用下桩土相互作用横向动力响应计算研究

将采用Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法引入到瑞利波作用下桩土横向动力响应分析中,得到了单桩横向动力响应的计算公式.在此计算公式的基础上分析了长径比、桩土刚度比、地基土的泊松比对单桩横向响应的影响.结果显示,泊松比的变化对单桩水平动力响应有影响,桩土刚度比对单桩水平动力响应有较大影响,而桩长对桩底自由的单桩动力响应基本无影响.而且单桩水平动力响应随着频率的增大而减小.     

黄土场地中桩—土动力相互作用机理及地震响应规律研究

为研究黄土地区桩-土相互作用机理及其对结构地震响应规律的影响,根据黄土非线性动力本构关系,构建可考虑桩-土界面滑移、分离和碰撞的简化理论模型,推导出理论模型中各特征指标的计算公式。结合桩-土动力相互作用基本原理,推导建立了桩-土-结构动力体系运动方程,对考虑桩-土相互作用和不考虑桩-土相互作用的黄土场地独柱式桥墩进行了地震响应分析。结果表明:桩-土相互作用力学模型正确与否是准确分析结构动力响应的关键;桩-土相互作用能够降低结构自振周期,改变结构动力特征,使得结构对低频地震波具有更高的敏感性,从而影响结构动力响应规律;桩-土相互作用也降低了结构抗侧移刚度,从而导致结构发生较大的位移响应,但同时也增强了结构的抗震消能能力。     

桩-土-结构相互作用对连续梁桥抗震性能的影响

本文以跨浅海水道连续桥为研究对象,采用质量弹簧体系模拟基础和地基,用有限元通用软件分别建立了该桥的考虑桩-土-结构作用的全桩模型、将基岩中桩截去且考虑桩-土-结构相互作用的截桩模型和不考虑桩-土相互作用的无桩三维有限元模型.以此为基础,对该桥进行三维地震动态时程分析,分析了桩-土-结构相互作用对该桥动力特性的影响和不同地震动输入下桩-土-结构相互作用对该桥位移反应、内力反应等地震响应的影响.     

竖向载荷作用下单桩接触面性能分析

在桩与土界面处设置Goodman接触单元来模拟桩与土的滑移变形和开裂,建立了单桩在竖向载荷作用下接触面应力和位移的关系公式。用三维有限元的方法,考虑了土体的非线性（Dmcker-Prager模型）力学性能,对模型桩进行了模拟计算分析,详细讨论了双曲线接触面本构关系的初始切向、法向刚度对桩顶位移及地表沉降的影响。对理论分析桩的载荷沉降提供了一种有益的参考。     

引入三维接触单元模拟冻土与桩共同工作

运用虚位移原理推导出三维非线性接触单元的等效单元刚度一约束矩阵;通过建立冻土地基的热弹塑性-蠕变增量应力应变关系及几何方程得出冻土地基的热弹塑性-蠕变单元平衡方程。根据桩土共同作用的工作特性,通过引入非线性接触单元将冻土地基的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模式与混凝土桩联系起来,建立了冻土区桩土共同作用的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模型,通过模型计算结果与实测比较表明,该计算模型能较好地体现桩冻土共同工作性能。     

软土地基超长PHC管桩的荷载传递机理分析

软土地基中超长预应力混凝土管桩在桥梁和建筑工程中得到了广泛的应用,但超长预应力混凝土管桩的承载机理还不很清楚.土体采用非线性弹性Duncan-Chang模型,桩土界面采用Goodman接触面单元,桩体部分采用Hognestad方程对桩土的相互作用进行非线性有限元分析.结果表明:在有效荷载作用下,桩身变形在弹性范围内,桩底沉降是持力层的压缩变形.     

变刚度群桩基础工作性状数值分析

在室内桩基础模型试验的基础上,用三维有限元的方法,考虑了土体的非线性（Drucker-Prager模型）力学性能,对模型桩进行了六大组的数值模拟试验．从沉降、桩顶反力、桩土承担荷载比等几方面验证了变刚度群桩基础能减小桩顶反力差值,从而减小差异沉降的特性．为理论分析变刚度桩的工作性状提供了参考．     

基于光纤技术和有限元计算的灌注桩承载特性

为了掌握灌注桩的承载力及桩身受力分布和传递规律,本文开展了灌注桩现场静载试验,并使用光纤传感器对灌注桩桩身变形进行了测试,获得了桩身应变信息。采用有限元软件ABAQUS,开展了灌注桩承载特性数值模拟研究。结果表明,静载试验得到的桩基Q-S曲线和数值模拟测得的桩基Q-S曲线基本一致;光纤传感器所得结果显示桩身轴力在桩头处是最大的,随着桩长增加而逐渐递减,整体变化规律与数值模拟结果规律一致;灌注桩实测桩身侧摩阻力沿桩长变化规律与数值模拟得到的受力分布和传递基本一致,验证了有限元计算模型中选取的参数是合理的。考虑了桩长、桩径和桩土界面摩擦系数对桩基Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响,桩径和桩土界面摩擦系数对桩基的Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响很大,而桩长的影响较小。     

CFG桩横向荷载作用下竖向沉降和承载力的试验研究

通过室内模型桩试验,分析了水平力对CFG桩竖向沉降和极限承载力的影响.运用三维有限元的方法,考虑了土体的弹塑性(Prandtl-Reuss模型),以及在桩土界面处设置接触单元来考虑桩土的滑移和开裂,对模型桩进行了模拟分析.通过现场原形实验,对分析结果进行验证.结果表明,水平荷载的存在,既增加了附加沉降量,也提高了极限承载力.     

土-桩-结构非线性相互作用体系行波效应

采用并行计算方法,分别选取长周期地震波和普通地震波作为输入,以某典型桥梁工程为背景建立土桩桥梁结构非线性相互作用分析模型,对在不同类型地震波作用下的土桩结构非线性相互作用体系进行了行波效应分析,探讨了桩土接触效应和并行计算加速比等问题.分析结果表明:接触面效应对群桩水平向地震反应的影响较小,在竖直向则会产生明显的不协调现象.考虑接触面效应时,行波输入下的结构水平向加速度反应略小于一致输入,竖向加速度反应则远大于一致输入,水平向和竖向的位移反应也较大.长周期地震动行波输入下的水平向加速度和位移反应结果均大于普通地震波.对于此类大计算量三维有限元分析,采用并行计算方法可以有效提高计算效率.     

基于薄层单元法的单桩挤土效应数值模拟

通常预制桩施工会产生挤土效应, 这会对周围环境产生不利影响. 根据某桩基工程施工的实际情况, 利用大型有限元分析软件Abaqus, 通过在桩土间增加薄层单元的方法对单桩施工的挤土效应进行了数值模拟. 薄层单元的厚度取0.08 m, 其力学性质参数介于桩和土之间. 模拟时, 薄层单元近土侧与土中节点进行位移耦合, 而近桩侧则采用摩尔-库伦(Mohr-Coulomb)定律来反映桩体和单元之间的接触关系. 通过数值模拟, 探讨了外部荷载作用下抗压桩的变化特点, 得到了桩顶的荷载与桩入土深度的关系曲线, 分析了打入桩施工的有效影响距离和有效影响深度, 对比研究了有限元数值模拟结果与圆孔扩张理论的解析计算结果. 数值模拟结果表明, 单桩施工的水平向有效影响范围大约为5 倍桩径, 竖直向约为2 倍桩长. 数值模拟结果和解析计算结果比较接近. 使用薄层单元法进行打桩挤土效应数值模拟, 符合桩基工程施工的实际情况, 反映了桩土接触面的变形机理与受力状态. 这对桩基工程设计和施工具有一定的参考价值.