桩土动力相互作用简化方法对比研究

对于桩土动力相互作用的研究,如果考虑其共同作用会因为边界条件、接触关系等因素确定的不恰当而造成很大误差,因此在实际运用中往往采用简化计算方法.详细介绍了目前工程中常用的简化分析模型.为了对比各种不同的简化方法计算精度,选取三种场地类型和两种地震波,组成6种工况分析比较8种常用的桩土动力相互作用简化分析模型,研究桩的地震响应在相同场地不同地震作用下及相同地震作用下不同场地类型中的变化规律.最后总结了各简化分析模型的合理性和适用工况.     

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。     

桥梁桩土相互作用的集中质量模型及参数确定

桩土相互作用是桥梁抗震研究中的难点，计算模型的选用和参数确定直接影响计算结果的精度。为此，提出一种改进Penzien模型及其参数的确定方法，并以此模型采用动力反应时程方法对国外某桥进行了实例计算分析，旨在为考虑桩土相互作用问题提供一种适合工程应用的分析方法。     

地震作用下桩-土-结构相互作用的分析

本文基于集中质量法,将桩周围土体简化为弹簧和阻尼器,用大型商用软件ANSYS对一六层框架结构进行有限元建模。建立了两种简化模型：刚性基础模型和考虑桩-土-结构相互作用模型,并分别对两种模型进行了时程分析。计算分析表明,桩土结构相互作用对系统的地震时程反应有一定影响。其结论为可为工程设计提供参考。     

水平循环荷载下桩土相互作用试验研究

对水平循环荷载下桩土相互作用进行了试验研究,并对试验结果进行分析,着重探讨了水平循环荷载下加载频率、循环次数对桩土相互作用的影响,其成果可供有关工程研究和应用参考。     

考虑桩土相互作用的大跨度钢拱桥地震反应分析

为了研究桩土相互作用下大跨度钢拱桥的地震反应特点以及塑性铰的形成部位和发展过程,利用ANSYS有限元程序对比研究了在多组地震输入条件下,考虑基础固结和桩土相互作用下的动力特性及在罕遇地震下的地震反应,并探讨了层状场地土对桩基以及上部结构的影响. 结果表明:与基础固结模型相比,考虑桩土相互作用体现了土的特性对结构的影响,较好地反映了结构的动力特性,结构的自振周期延长,且对高阶振型周期影响显著;同时结构各部位的内力响应呈下降趋势,位移响应被放大,但受边界假定的影响,其总体反应趋势未发生改变,其中在主梁1/4处、梁拱结合处以及柱底处均出现塑性铰,且柱底处率先屈服,各塑性铰区的变形仍控制在较小的范围内,桩身则未出现塑性铰.     

考虑桩土动力相互作用时阻抗函数分析

对考虑桩土系统动力相互作用时的阻抗函数进行了细致的分析，以单桩为例导出了各参数对整体阻抗函数的贡献，明确了影响桩土系统动力相互作用阻抗函数的各种主要参数，如各层土的剪切波速；桩的半径和长度；土与桩的密度；土的泊松比等，为进一步研究桩土结构相互作用打下基础。     

简化桩模型在土-结构相互作用分析中的应用

采用简化桩模型和多分段杆单元模型来模拟独立桩承框架结构.对一幢七层独立桩承钢筋混凝土框架结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的结构自振特性对比分析.然后依次输入9条地震波加速度记录,对结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的地震反应时程分析.由大量的数值分析结果总结了土-结构相互作用对结构地震反应的影响规律,并用算例对部分结论进行验证.     

土-桩-结构线性动力相互作用简化分析

建立了简谐剪切地震波激励下三维土桩结构线性耦合体系简化分析模型,桩和结构均被简化为一简单梁模型;对耦合体系桩承台对基岩运动的放大效应进行了求解,此放大效应反映了耦合体系的动力相互作用.通过算例讨论了结构高度、刚度和质量、土层厚度和刚度以及桩刚度对耦合体系放大效应和固有频率的影响,结果表明:耦合体系的固有频率随结构高度、质量或土厚度的增加而减小,随结构刚度或土刚度的增大而增大.结构高度、刚度和质量以及土层厚度、刚度对耦合体系放大效应的影响无简单规律可循,而桩刚度对其影响不大.在与自由场地表面对基岩运动放大效应的比较中可知,在某些桩基结构的动力分析和设计中耦合体系动力相互作用不应忽略.这为进行土桩结构动力相互作用详细数值分析和试验研究建立了初步认识.     

考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法研究

在分析常用计算方法优缺点的基础上,通过引入非线性的桩-土相互作用模型,提出了一种可考虑桩-土相互作用的悬臂式排桩内力计算方法.首先,采用杆单元对桩体结构进行离散化,计算单元刚度矩阵并合成为总体刚度矩阵;其次,假定基坑内、外侧土压力与桩身位移之间的非线性函数关系,建立非线性的节点荷载函数列阵;再次,根据总体刚度矩阵和节点荷载函数列阵形成总体刚度方程(组),采用Newton-Raphson法求解以得到节点位移列阵;最后,通过单元刚度方程和节点位移列阵反求桩身内力和桩侧土压力.算例分析表明,本文方法计算简单方便,能充分反映桩侧土压力非线性变化的特点,较好地揭示了桩-土相互作用机理,适用于悬臂式排桩内力计算.     

基于加速度输入的结构-地基相互作用分析分区递归时域算法

由于无限地基动刚度的频率相关性,用于结构-地基动力相互作用分析的各种方法基本上都是将地震动作用转化为作用在边界上的力,需要同时包括地震动位移、速度和加速度输入信息．为简化,基于阻尼抽取法,提出一种基于加速度输入的分区递归数值求解算法,该算法仅需要地震动加速度信息,与地震动加速度成比例的结构惯性力作为地震荷载输入,可方便地确定由于结构震动对地基变位的影响,同时避免了无限地基动刚度时域算法中的褶积分．数值算例表明该方法具有良好的精度与应用的简便性．     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

地基中结构物动力响应的一维解析方法

提出了一种用于浅埋式地下结构物抗震设计的简化方法。采用任意侧向位移下地震土压力理论 ,推得在土 -结构相对位移较小的情况下 ,结构物所受的土作用力与它们的相对位移近似成线性关系 ,并提出了确定解析解中需要的地基结构动力相互作用系数的方法。在将土体和结构物均简化为只发生水平位移的粘弹性剪切梁及地震输入为竖直向上传播的剪切波等假设条件下提出了一种分析水平地基中结构物在地震荷载作用下的响应的一维解析方法 ,并用该方法对地震时结构物的位移和土压力及其变化过程进行了计算分析     

挤扩支盘桩桩土相互作用的三维有限元分析

简要分析了挤扩支盘桩挤扩成盘过程中及受压状态下的桩土相互作用,并结合一工程实例,利用ADINA有限元程序建立了桩土作用三维模型,对挤扩支盘桩受压状态下桩体、土体的应力状态进行了分析计算.结果表明,上支盘内的有效应力要明显大于下支盘,两支盘间土体存在应力叠加,并通过分析指出了最佳的盘间距应大于3.5倍支盘直径.     

地震作用下河流对成层中软土上建筑物的影响

为研究河流对成层中软土地基上建筑物地震反应的影响,构建河流-土体-结构体系动力相互作用的非线性完全有限元计算模型,在考虑土体重力的前提下,分别采用三条地震波对此相互作用体系进行时域内数值分析。计算结果表明,建筑物靠近河流时,结构顶层总位移、基础的水平移动和转动明显增大,并产生明显的不可恢复偏移;软弱夹层的存在,使整个相互作用体系的地震反应增大。     

地震作用下大直径嵌岩单桩动力响应数值分析

以大直径嵌岩单桩为研究对象,对地震荷载作用时桩、土、岩的变形规律及桩基刚度进行分析,在有限元-无限元耦合数值模拟中引入土体非线性黏弹性本构模型与岩体损伤本构模型来描述桩周土、岩介质刚度随应变衰减的特性。数值模拟结果表明,大直径嵌岩单桩位移、加速度等动力响应,土体非线性滞回特性以及岩石损伤程度等显著受到桩基嵌岩深度、岩石风化程度和地震烈度等因素的影响,在设计时应深入分析。     

桩-土作用下桩间距及桩位对抗滑桩及土体力学特性的影响

为探究桩间距及桩位对桩-土作用下抗滑桩及土体力学特性的影响,以某边坡治理工程为例,采用ABAQUS对不同桩间距及桩位的桩-土有限元计算模型进行数值模拟,分析模型达到临界破坏时的抗滑桩桩身内力及土体力学特性的分布规律.结果表明,抗滑桩的弯矩、剪力与桩间距呈正相关,与桩位距坡脚水平距离呈负相关.其中,弯矩随深度的变化曲线呈...     

空间结构-地基动力相互作用数值分析时域算法研究

对于大型结构地震响应分析,结构-无限地基耦合系统动力分析的数值实现,往往由于有限元网格过多,以及地基无限域时域计算模型中存在的复杂卷积运算,严重限制了求解规模.为解决此问题,提出了基于阻尼溶剂抽取法的三维结构-地基相互作用分析的分区时域逐步求解模型.并针对三维大规模工程问题的数值求解,在积分算法及矩阵存储格式等方面,结合阻尼溶剂抽取法的特点进行了详细的探讨,以推进动力相互作用时域数值分析的实用化.以三维全空间球形空腔动力变形及大岗山拱坝的地震响应分析为例,针对上述数值实现算法进行了具体验证,并就不同的地基弹模及地震波输入方式对坝体响应的影响进行了探讨.计算结果表明,地基辐射阻尼以及河谷散射效应对结构的动力响应有很大影响,而该模型表现出了良好的精度和计算效率.     

非均质土层中单桩水平动力阻抗计算及影响因素分析

运用土动力学和结构动力学原理．基于改进的Winkler地基梁模型,考虑了地基土的成层非均质性和桩土界面的相对分离效应以及桩侧土的弱化效应,采用数理方程方法分别求解桩与土的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算力学模型．通过数值计算将得到的单桩水平动力阻抗随激振频率的变化关系与现有的计算和试验结果进行了对比．验证了计算方法的合理性,进而通过变动参数计算得到了桩周弱化土域、桩土界面接触状态、桩身长细比和桩土刚度比等对单桩水平动力阻抗函数的影响规律。     

相互作用分析中地震动输入长周期校正研究

由于长周期误差信号的影响．仅通过直流分量滤波处理地震加速度记录,积分获得的地震波位移时程曲线仍存在很严重的零线飘移现象．通过利用最小二乘法构建原始加速度均值的二次多项式拟合曲线,提出了简便的加速度记录长周期误差时域校正法,在几乎不改变地震加速度频谱主要性质的前提下,很好地改善了加速度记录的积分性质．具体的工程应用验证了其有效性．并显示在大跨度结构-地基动力相互作用时域分析中,地震波输入位移时程对结构总体响应有着明显影响。