土-桩-结构相互作用体系随机地震反应分析

本文采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法，以基岩随机地震作为输入，对群桩基础和土-桩-结构相互作用体系进行了三维随机地震反应分析。文中首先以一3X3群桩基础作为分析模型，探讨了桩-土-桩动力相互作用对承台随机地震反应的影响；然后，用单自由度体系模拟上部结构，分析了上部结构惯性对桩基承台随机地震反应的影响。在此基础上，以某桥桥墩为背景，用多自由度体系模拟上部结构，建立了土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型，获得了桩基承台的功率谱响应、以及桩顶处的主应力标准差和主应力速率标准差等结果，探讨了群桩顶部各桩主应力标准差的分布规律，得到了一些有应用价值的结果。     

规则波中圆形承台对桩基波浪力的影响

近海软基条件中跨海桥梁和风电场工程大多采用承台桩基结构.圆形承台波浪力的计算采用基于线性势流理论和特征函数展开的解析方法,桩柱波浪力的计算采用Morison公式,讨论并发展了波浪对圆形承台及其下部桩柱的作用力的工程计算方法.研究了承台的存在对桩基波浪力的影响,针对某典型桩基结构布置形式给出了承台效应系数和群桩系数随相对水深、无量纲承台半径、相对浸深等参数的变化规律.     

液化土侧向扩展对具有轴向力单桩的变形影响

将地震液化场地土层分为表层的非液化土层,中部的液化土层以及底部的基础层,利用表层的非液化土层的土压力和液化土层及基层的Winkler模型,采用拟静力分析方法,建立了考虑上部结构对桩基产生的轴力和液化土侧向扩展共同作用下单桩水平变形的简单Euler梁模型,给出了问题的解析封闭解.计算结果与实验结果吻合较好,说明了封闭解的合理性.在此基础上,分析了各种参数对桩基变形响应的影响,结果表明:相比于液化土层的侧向扩展位移,桩的抗弯刚度、液化土层刚度以及轴力等参数对桩基力学性能具有较大影响,这些结果可以为工程设计提供一定的参考依据.     

黄土地基微型桩水平承载力及群桩效应研究

为了明确黄土地基微型桩水平承载力对上部结构安全性能的影响,本研究基于黄土地基微型桩现场静载试验,研究了桩长、桩径、桩身弹性模量及桩间距对微型桩水平承载力的影响;分析了沿基础深度的桩身水平位移和弯矩变化规律。并结合有限元分析了桩间距对群桩水平承载力的影响。研究结果表明：黄土地基微型桩基础弯矩较大的位置距桩顶4d～5d;桩径对微型桩水平承载力的影响较大,而桩长超过33d～35d后对其水平承载力的影响较小;当桩间距达到8d时,可以不考虑群桩效应对群桩水平承载力的影响。上述研究成果为微型桩在黄土地基中的应用提供了参考。     

考虑上部结构的桩筏基础非线性共同作用分析

当前虽然已有考虑桩筏非线性的设计,但仍无人在此基础上,考虑上部结构。因此考虑上部结构,进一步认识其与桩筏基础非线性共同作用机理,优化桩筏基础设计,具有重要的现实意义。本文以子结构法凝聚上部结构的荷载及刚度,以平面壳体单元模拟筏板,按有限层法模拟桩土之间的弹性相互作用,用广义剪切位移法模拟桩的非线性工作性状,建立了一种考虑上部结构共同作用的桩筏基础非线性分析方法,并编制了分析程序。通过实例分析,探讨了上部结构与桩筏基础非线性共同作用的机理,研究了合理布桩方式,探讨了以差异沉降为目标的优化设计的可能途径。     

层状土中考虑频域内轴向力分担的群桩水平动力阻抗

以动力文克尔梁模型为基本理论，在充分考虑了土的分层以及桩顶轴向力参与作用后导出了一种新的计算层状介质中水平动力相互作用因子的方法，进一步扩展了群桩-土相互作用简化法的应用范围，可以计算任意构型、桩数、土层属性下的群桩系统阻抗反应，其计算工作量较小，是其它数值方法难以比拟的。数值计算结果表明；桩顶轴向力的引入不能从本质上改变桩基振动形式，但考虑竖向振动附加影响的水平激振作用会产生相当的动力P-△效应，致使水平单、群桩阻抗效应降低，位移反应增大，同时桩间动力相互作用影响也较单-水平力作用时有明显规律性的增强。     

考虑土-结构相互作用效应的三维桩基结构动力有限元分析

结合简化阻抗法建立了三维相互作用结构的动力有限元分析模型,导出了考虑群桩刚体、惯性效应作用时的结构相互作用时程积分方程式,以近乎纯结构有限元的建模途径合理地反映出桩-土-上部结构在水平地震作用下的动力相互作用特性。模型中引入具有桩(筏)-土阻抗特性的弹阻单元来描述不同群桩布置、土层状况因素对体系反应的参与作用,而在动力方程中竖向SV剪切波经桩土刚体相互作用产生的水平、摇摆分量对体系的影响亦得以体现。20层桩承刚框架结构的动力分析表明:较柔的桩、土基础使得体系的SSI效应增强,但其参与程度与群桩效应相关,而结构构件内力较不考虑相互作用时有较大折减;应用该法可精确、快速地进行复杂上、下部结构时程反应分析。     

变刚度群桩基础沉降计算研究

针对现行规范《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)无法计算变刚度群桩基础沉降的现状, 在前人建立单桩柔度矩阵的基础上,推导出变刚度两根桩、三根桩乃至群桩的沉降计算理论 半解析解. 并以均布9桩、变桩长9桩为例,计算其桩顶柔度系数的变化趋势. 结果表明, 中桩长、边桩次之、角桩短的变刚度群桩基础具有减小差异沉降的功能. 该方法对中国制定变刚 度群桩基础技术规范具有借鉴意义.     

任意段变模量桩纵向振动的解析解

建立了均质土中考虑桩端土和桩侧土作用的任意段变模量桩，讨论了在桩顶受纵向激励时的定解问题，并用拉氏变换（Laplace)求得桩顶速度频域响应的解析解，然后利用卷积定理和拉氏逆变换求得桩顶速度时域响应的解析解，并将其运用到桩基质量的动力检测中。对弹性模量突变桩以及模量连续变化桩的振动特性作了进一步的研究，并将理论曲线与实测曲线进行了拟合对比，结果表明，两者吻合较好。     

基于群桩振动方程组的群桩基础阻抗函数求解及比较

本文首先在位移场叠加的基础上,对经典的单桩振动方程进行了修正得到群桩振动方程组;然后根据群桩振动方程组的近似求解,导出了群桩阻抗函数求解的常用方法一群桩阻抗方程方法。本文中给出的群桩阻抗方程方法在具体的表达形式上与常见的阻抗方程计算方法略有差别;而后根据振动方程组系数矩阵在复空间为正规阵的性质,提出了该四阶耦合微分方程组解耦求解的详细步骤,在直接求解微分方程组的基础上给出了群桩基础阻抗计算的一种新方法。与阻抗方程方法相比较,新方法未采用柔度因子来考虑桩与桩之间的相互影响,而是通过耦合的运动方程组对桩与桩之间的相互作用作了新的表述,并且近似地考虑了屏蔽效应。本文最后给出了上述两种计算方法的数值算例。     

桩-土接触效应及对桥梁结构地震反应的影响

目前有关涉及桥梁桩基础地震反应的研究大多是基于桩与桩侧土体之间无相对滑动、位移保持协调的假定。本文针对地震作用下桥梁桩基础的接触面效应及其对结构地震反应的影响问题，以某桥梁工程为背景，通过在桩-土交界面处设置接触单元来模拟桩-土间的接触非线性，建立了土-桩-桥梁结构相互作用体系的三维分析模型。利用这一模型，分析了地震作用下桩-土交界面处的动力反应形态，探讨了桩-土间的接触非线性及其对桥梁结构地震反应的影响。初步分析结果表明：在强震作用下，桩-土间会产生较强的接触非线性，在本文模型中，这种非线性主要表现为桩-土交界面处的滑移；考虑桩-土间的接触面效应将使结构的位移反应结果较基于桩-土间位移协调的情形有所增大。     

大型桩基础动力特性及地震反应分析

本文针对大型桩基础的地震反应问题,以上海“东方明珠”广播电视塔桩基础为工程背景,采用梁单元模拟桩的运动,用8节点块体单元对土体进行离散,通过凝聚法消去桩（梁）节点的转动自由度,建立了“东方明珠”电视塔中央部位桩基础的三维有限元分析模型,对桩基础的动力特性进行了计算与分析。在此基础上,以文献[1]根据地震危险性分析和土层反应分析后获得的桩尖处加速度时程作为输入,对桩基础的动力反应进行时程分析,探讨了桩－土动力相互作用和上部结构等因素对地震地面运动和桩承台反应的影响,得到了一些有应用价值的结果。     

Nonlinear lateral vibrations and two-to-one resonant responses of a single pile with soil-structure interaction

Nonlinear responses of a single pile with soil-structure interaction under primary resonance and two-to-one internal resonance are investigated. Considering the effect of soil-structure interaction and geometric nonlinearity, the Hamilton principle is applied to derive the equation of motion of the pile subjected to a lateral excitation and axial load. Then, the effective nonlinear coefficient and the frequency-response equation are presented by employing the multimode discretization and the method of multiple scales. Moreover, the nonlinear frequencies are obtained for the analysis of the nonlinear dynamic characteristics of the pile. The equilibrium and dynamic solutions of modulation equations are examined by using the Newton-Raphson, shooting, and continuation methods. The nonlinear responses of the pile are explored by means of the backbone curves and the frequency (force)-response curves. Meanwhile, the effect of the axial load on the nonlinear dynamic characteristics of the pile is discussed. The numerical results show that the nonlinear responses of the pile exhibit some rich and complex nonlinear phenomena.     

考虑桩土相互作用效应的桩顶纵向振动时域响应分析

在考虑桩土耦合作用以及土竖向波动效应条件下，对均质滞回材料阻尼土中弹性支承桩桩顶纵向振动时域响应进行了理论研究。首先建立了桩与滞回阻尼土在谐和振动情况下的定解问题，然后先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体振动位移形式解，接着依据平衡条件将该形式解祸合进桩身动力平衡方程，并通过对桩动力平衡方程的求解，最终得到桩顶位移和速度频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解。通过与其它相关理论解的对比验证了本文解的正确性和适用性，并基于所得解对桩顶时域响应特性进行了分析，最后将理论曲线与现场工程实测曲线进行了拟合对比，结果表明两者符合较好。     

分层总和法在有承台单桩非线性分析中的应用—变形总和法

本文运用弹性半空间无限体的明德林理论和浅基础中的分层总和法，对桩土间滑动采用刚塑性模型，分析了桩－台－土相互作用的机理，并对带台单桩的工作性态较详尽的对比及分析。通过与某实际工程试桩资料比较，理论计算Ｐ－Ｓ曲线与试桩Ｐ－Ｓ曲线基本吻合，证明了本文计算方法的正确性，计算及分析结果对桩基的设计和研究有较大的参考价值。     

饱和土中端承桩纵向振动特性研究

基于饱和多孔介质理论研究了三维轴对称条件下端承桩在饱和土中的纵向耦合振动. 首先通 过引入势函数对Biot动力固结方程解耦，采用算子分解方法及分离变量法求得饱和土层振动 解，进而利用桩土完全耦合条件得到桩土系统定解. 然后对桩顶的频率和时域响应进行参数 研究，结果表明，桩的长径比和桩土模量比对桩顶动力响应有较大影响，而渗透力对其影响 较小. 最后将幅频及时域反射波理论拟合结果与桩基实测结果加以对比，结果表明理论曲线 与实测曲线规律一致.     

影响群桩动力特性的单因素规律研究

本文利用复合平面应变近似法的改进,通过单桩动力特性的分析;进一步分析群桩的动力特性,探讨影响群桩动力特性的因素,分析单因素影响规律,旨在更深入地了解桩基在动荷载作用下的特性,得到了一些有实际意义的结论．     

均质土中半埋入变截面桩的瞬态波动响应

基于回传射线矩阵法,求得单位脉冲作用下均质土中半埋入变截面桩的桩顶速度导纳,然后利用Fourier逆变换和卷积定理得到瞬态半正弦激振力作用下的桩顶时域速度响应。比较半埋入缩颈桩、半埋入扩颈桩与半埋入完整桩的速度导纳和反射波,分析缺陷类型和长度、缺陷埋深和程度对速度导纳和反射波的影响,并进行缩颈-扩颈桩与扩颈-缩颈桩的桩顶速度导纳和反射波曲线的对比。结果表明,桩侧介质变化对桩顶速度导纳和反射波的影响小于桩身缺陷。