考虑群桩效应的桩基储罐地震振动分析

桩基是大型储罐设计时经常采用的重要形式,在地震区必须对其进行抗震设计.根据豪斯纳储罐振动理论,建立了桩基储罐在水平地震作用下的振动模型,提出了对桩的内力和变形的动力分析方法,在计算中考虑了群桩效应对内力和变形的影响,同时根据文克尔地基模型提出一个简单而实用的群桩效应计算方法,分别按考虑和不考虑群桩效应进行了算例分析.结果表明,两种计算结果差别很大.文中提出的分析方法对工程设计有重要的意义.     

抗拔群桩变形计算方法研究

抗拔群桩基础的加筋和遮帘效应是客观存在的,只有对群桩进行直接整体的分析才能很好地考虑桩的这种效应。目前现有的群桩分析研究方法本身就有较多的近似性,而且如果同时考虑遮帘效应和桩的加筋将会对桩之间相互作用结果放大,不能真实地反映群桩的作用效应。为解决这一关键问题,对抗拔群桩基础中任意一根桩的上拔位移进行分解,基于弹性叠加原理提出了能同时考虑群桩的加筋和遮帘效应的抗拔群桩变形计算方法。将理论计算结果与有限元和模型试验结果进行对比,结果表明理论分析方法能较好地计算抗拔群桩的变形。该方法不但理论严谨简便实用,而且计算比较方便,适用于工程应用。     

刚性桩复合地基桩土应力比计算

分别取桩、土单元进行受力分析,建立变形协调微分方程.基于荷载传递法,考虑群桩效应的影响,计算出桩与桩侧单位厚度土相互作用的等效刚度系数.根据桩、土和垫层的协同作用及边界条件,求得了刚性桩复合地基桩土应力比,并对影响桩土应力比的参数进行了分析.本文方法考虑了群桩效应、侧向土压力等因素对桩侧摩阻力的影响,对已有的模型试验进行计算,所得计算结果与实测结果较为吻合,验证了该方法的合理性,对工程实践具有一定的指导意义.     

考虑剪切变形下隧道开挖引起邻近桩基水平向响应简化分析

隧道开挖引起邻近桩基的变形影响理论研究都将桩基简化成Euler-Bernoulli梁搁置在传统的Winkler地基模型和Pasternak地基模型上,忽视了桩基变形时桩基自身剪切变形的影响。基于两阶段分析法,采用Loganathan公式计算隧道开挖引起邻近土体自由位移场,再将桩基简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁放置在Kerr地基模型上,建立桩基水平方向受力平衡方程,结合桩基两端约束条件,获得邻近桩基的水平位移及其内力半解析解。随后考虑群桩间土体遮拦效应,进一步获得隧道开挖对邻近群桩的变形影响。通过与工程实测数据及有限元模型计算结果对比,验证了本文方法的合理性。研究结果表明：邻近群桩水平位移及其弯矩随着地层损失率增大而线性增大;隧道埋深增大会引起邻近群桩水平位移减小,桩基弯矩峰值在隧道埋深较大时明显减小;桩隧间距增大会引起邻近群桩水平位移及其内力减小,其减小速率逐渐变缓。     

沉桩挤土作用的有限元分析

进行了沉桩挤土效应的有限元计算，考虑到桩周土体由于桩桩贯入引起的挤土效应，选和了修正剑桥模型作为土体本构模型，通过相应的试验，拟合出挤土作用对土作用土体初始弹性模量影响的计算公式，确定了土体本构模型和其他相关的计算分析参数，对2个试验进行了分析计算，结果表明，考虑土体的塑性性质和桩体贯入过程的挤土效应对分析桩周土体的应力和变形是必要的。     

软土场地桩-土-LNG储罐地震响应及场地放大效应分析

目的研究中软场地上大型LNG储罐的地震响应,分析桩土相互作用对上部结构的影响.方法利用有限元软件ADINA建立了1. 6×105m3刚性基础储罐与80 m桩土储罐模型;计算刚性基础储罐和桩土储罐的地震响应、桩土储罐和纯土体情况下沿地基深度分布的最大加速度值并进行对比分析.结果考虑桩-土-储罐的相互作用后除晃动波高外,其他地震响应均有不同程度的减小;长周期地震动的场地放大效应小于短周期地震动,而频谱特性复杂且具有多峰性的地震动场地放大效应最大;纯土体的场地放大效应小于有上部结构的场地放大效应.结论地震动沿土体传播具有放大效应,上部结构的存在会增大放大效果,且按照刚性地基标准设计LNG储罐可以保证其安全性.     

崩塌滚石消能桩结构设计计算方法

提出了一种利用桩-土材料的弹塑性性质,将崩塌滚石的冲击动能转化为土体和桩体的弹塑性变形,从而降低崩塌滚石运动速度,拦截滚石的消能桩结构.基于能量守恒定律和弹性地基梁法,推导了消能桩系统在滚石冲击作用下的变形计算公式.对于消能桩的设计,根据勘察资料获取滚石的粒径、下落高度并考虑坡面条件等因素可以估算其运动动能,采用推导公式可计算出消能桩在给定控制变形量条件下的耗能量,从而可以确定消能桩的设计.通过两个崩塌滚石实例对计算模型的运用进行说明,实例计算结果也表明了计算模型具有较好的实用性.     

层状地基中群桩竖向振动及动内力

采用Gazetas和Makris通过拟合有限元计算结果所得到的弹簧系数和阻尼系数，基于动力Winkler地基模型和传递矩阵法，提出了一种分析层状地基中单桩和群桩竖向振动特性的简化方法．在考虑了“被动桩”和周围土体之间的相互作用的情况下求解层状土层中的桩一桩动力相互作用因子．在这基础上，计算群桩竖向动力阻抗以及群桩中单桩桩身动内力，通过相关算例分析验证了方法的适用性．     

软黏土基坑开挖诱发邻近桥梁桩基的时变响应

利用PLAXIS 3D软件和软土蠕变模型，建立某市政道路下穿市域铁路桥梁基坑工程的三维数值模型，通过与实测数据的对比验证模型的合理性. 将软土蠕变模型退化为软土模型，考虑桩顶约束条件，对比分析桥梁群桩的时效水平响应. 结合两阶段法，将数值计算得到的土体自由场时变沉降作为“外荷载”作用于桩基，利用考虑桩土往返剪切的荷载传递方法，计算桩身自重、桩顶荷载和后续近接工程基坑开挖作用下桩基的竖向力学响应. 结果表明：1）土体蠕变对邻近桥梁群桩变形、内力的影响较大，甚至不亚于墙体瞬时变形的影响；2）桥梁群桩桩身的变形、内力与离开坑壁的距离呈负相关，并表现出群桩的遮帘作用，桩顶的变形、内力则由桩顶约束条件决定；3）对于桩顶承受荷载不大以及后续受近接工程基坑开挖扰动不大的深厚软弱地层中的桥桩桩基，在以桩顶变形为控制目标时，存在合理桩径和合理桩长.     

土塞对管桩纵向振动的影响研究及试验分析

为了探究径向非均质土中考虑土塞效应的管桩纵向振动规律。首先根据Novak薄层法和饱和多孔介质理论建立起径向非均质饱和土的振动方程,利用复刚度传递模型,得到管桩内外侧面土体复刚度。然后采用扩散虚土桩模型考虑桩对桩端土的应力扩散效应。根据虚土桩和管桩边界条件、初始条件和连续条件进行管桩—土振动模型求解,得到半正弦脉冲激振力下桩顶动力响应的理论解。分别探讨了土塞水的体积分数、剪切波速及高度对管桩动力响应的影响。最后采用室内管桩模型试验验证理论计算模型。结果表明:土塞剪切波速及土塞高度对管桩桩顶动力响应的影响不可忽略。由于土塞的存在,桩顶时域曲线在桩底同向反射之前有一个反向反射,反向反射的位置和土塞高度有关。进一步完善了饱和土中开口管桩的振动理论。     

频率相关域的桩基-结构竖向-水平振动特性分析

导出了一种可考虑土的分层以及桩顶轴向力参与作用的计算土介质中群桩动力相互作用因子的方法,进一步增强了S-R简化模型的应用效能.利用子结构理论,可计算任意构型、桩数、土层属性下的群桩结构系统动力反应,其计算工作量较小,便于工程应用.通过一桥梁墩基结构的地震反应分析表明:考虑竖向振动附加影响的水平激振作用会产生相当的附加变位,致使水平群桩阻抗效应减少;同时桩间动力相互作用影响也较单一水平力作用时有明显规律性的增强;桩土子结构的柔性参与在一定程度上可降低体系水平动力反应.     

深水桥梁群桩桁架组合基础抗震性能分析

首先研究了水下双桩系统按照同向、反向振型振动时的频率及动水压力变化规律,通过分析发现,水下相邻桩反向振动振型会增强作用于桩身的动水效应。据此提出群桩—桁架组合基础设计方案,通过桩间桁架,限制群桩间反向振动,提高基础刚度。以四桩群桩基础模型为试验对象,进行了普通群桩基础和3种组合基础方案在不同水深条件下的水池模态试验,研究了群桩—桁架组合基础的动力性能。然后,通过对四跨连续梁桥进行地震反应谱分析,全面评估了该新型基础的抗震性能。研究表明,经过合理设计的群桩—桁架组合基础可以改善并优化深水桥梁的地震响应。     

盾构开挖引起邻近桩基水平位移的简化计算方法

基于盾构开挖侧穿邻近桩基引起桩-土相互作用的实际工况,提出了一种可预测桩基水平变形的简化计算方法. 采用两阶段法获得盾构开挖引起邻近桩基水平位移简化计算方法,第一阶段采用Loganathan公式计算盾构开挖引起邻近桩基轴线处土体自由水平位移场;第二阶段把桩基简化成 Euler-Bernoulli 梁放置在 Vlasov 地基模型上,建立桩基水平位移控制方程,结合桩基两端约束情况,采用差分法获得邻近桩基的水平位移矩阵解. 随后考虑群桩之间的土体遮拦效应,进一步获得邻近群桩的水平变形差分解 . 通过与两个既有工程案例实测以及既有地基模型计算结果对比,验证了本文方法的优越性. 群桩参数分析表明：地层损失率及隧道埋深的增大均会引起邻近群桩水平位移的增大,但桩身产生最大位移处会随着隧道埋深增加而增大;桩隧之间间距的增大会引起邻近群桩水平位移的减小,但其减小速率逐渐变缓.     

土体震致剪切变形条件下斜坡桩的受力特性

为了研究斜坡土体震致剪切变形条件下桩基的受力特性,结合土体多屈服面模型和桩土动力弹簧模型,建立了斜坡—桩基体系整体数值模型。通过输入幅值为0.480 9 g的EI-centro地震波,考虑不同的坡角和桩径条件,进行了非线性动力时程计算。结果表明:在地震荷载作用下,不同深度处斜坡土体剪切变形存在差异,斜坡群桩基础受力不均衡。斜坡坡角对斜坡土体剪切变形发展和桩身残余弯矩起控制作用,而桩径对其的影响相对较小。本研究工作对斜坡桩基抗震设计具有一定的参考意义。     

考虑多米诺效应的液化天然气储罐区池火灾风险分析

针对目前对LNG储罐的风险分析多数仅以单个储罐为研究对象,鲜有考虑储罐间的相互影响这一研究现状。提出将多米诺效应分析引入到LNG储罐区的风险分析当中。首先,对单个LNG储罐进行风险分析;其次,运用固体火焰模型计算各目标储罐接收的热辐射量,求得多米诺效应失效概率,进而对LNG储罐区池火灾进行风险分析;最后,绘制个人风险等值线图,将考虑多米诺效应前后的风险进行对比。实例分析表明,考虑了多米诺效应风险后,储罐区的风险要明显增大。     

考虑多米诺效应的LNG储罐区池火灾风险分析

针对目前对LNG储罐的风险分析多数仅以单个储罐为研究对象,鲜有考虑储罐间的相互影响这一研究现状,提出将多米诺效应分析引入到LNG储罐区的风险分析当中。首先,对单个LNG储罐进行风险分析;其次,运用固体火焰模型计算各目标储罐接收的热辐射量,求得多米诺效应失效概率,进而对LNG储罐区池火灾进行风险分析;最后,绘制个人风险等值线图,将考虑多米诺效应前后的风险进行对比。实例分析表明,考虑了多米诺效应风险后,储罐区的风险要明显增大。     

输电线路微型桩基下压承载力特性的模型试验

小型钻孔灌注的微型桩是输电线路的一种新型环保基础形式,具有布置灵活且节约材料等优点。本文设计并制作2个微型单桩、1个群桩基础的室内试验模型,开展桩基下压承载力特性的试验研究,考察单桩及群桩基础的荷载-变形特性,探讨微型桩基础的承载力计算理论,并与试验结果进行对比。研究结果表明:微型单桩承载力计算值与试验值相差较大,群桩基础抗压承载力的理论计算值与试验值吻合较好,说明群桩中的承台及群桩效应对提升桩基承载力有贡献。     

卧式埋地储罐稳定性研究

埋地卧式储罐受力条件复杂,其应力和变形较难计算。根据储罐实际受力特点,建立储罐稳定性的有限元计算模型。采用非线性径向力和切向力描述给定埋深储罐的覆土压力,利用ANSYS软件对储罐模型进行屈曲分析。将屈曲特征值作为储罐埋深迭代系数,计算新的储罐埋深,重新进行屈曲分析。结果表明:新储罐失稳临界埋深计算方法可用于对储罐模型进行屈曲分析,多次迭代后屈曲特征值接近1,此时对应的埋深即储罐失稳临界埋深。在储罐结构上设置加强圈可大幅提升埋地储罐的稳定性,为储罐埋深设计提供充足的安全裕量。     

考虑固结流变的软土地基单桩下拉荷载计算

为研究大面积堆载作用下软土地基中单桩下拉荷载计算方法,基于非达西流动定律引入软土流变模型,建立了拉格朗日坐标系中考虑固结和流变共同作用下软土地基大变形长期沉降非线性计算模型.模型中考虑了固结流变过程中孔隙比与渗透系数随孔隙水的排出而发生变化.进而以荷载传递法为基础,重点研究了固结流变土体中桩土相互作用时界面抗剪强度的时间效应,提出了软土地基在大面积堆载作用下考虑非达西流动固结与流变耦合效应时单桩下拉荷载理论计算方法,通过假定桩顶变形进行迭代求解,获得了桩身下拉荷载分布与中性点长期变化规律.最后与传统固结计算方法进行比较,并分析了平均固结度、非达西流固结参数、流变参数以及堆载大小对下拉荷载变化的影响.研究结果表明,基于传统土体固结理论的计算结果偏于保守,考虑固结流变共同作用对单桩受力的不利影响极为必要.     

考虑竖向荷载的Timoshenko模型桩水平振动响应解析解

考虑饱和土应力和位移沿深度的变化,将桩基等效为Timoshenko模型,对饱和土中竖向荷载作用下的端承桩水平振动响应进行了理论研究。基于Biot动力固结理论,通过引入势函数解耦土体方程。利用Laplace变换和分离变量法求得桩周土体频域响应解析解。考虑桩基的剪切变形和转动惯性效应,结合桩土接触连续性条件,得到桩体位移和桩顶动力复阻抗频域解析解。通过数值算例,比较了竖向荷载作用下Euler-Bernoulli模型与Timoshenko模型桩顶振动特性;并研究了长径比和竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响。结果表明:采用Euler-Bernoulli模型计算桩顶动力复阻抗偏于危险;长径比增大到临界值后,长径比对桩顶动力复阻抗影响较小;竖向荷载导致桩顶动力复阻抗突然降低,对桩基承载能力有不可忽视的影响。