桩-土-结构相互作用对大跨度斜拉桥地震响应的影响

土层条件对结构在地震作用下的破坏有很大影响。本文旨在对考虑桩-土-结构动力相互作用(PSSI)对大跨度斜拉桥地震响应造成的影响进行评估。文中将桩-土相互作用理想化为采用连续分布的水平弹簧和粘滞阻尼器的Penzien模型,并用ANSYS有限元分析软件对苏通大桥整体模型进行地震响应时程分析来研究PSSI的影响。可以看出,PSSI对苏通大桥地震响应有显著影响,如果忽略PSSI效应,大部分响应将被低估。     

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。     

碎石桩复合地基三维地震响应分析

将饱和砂土视为土—水两相介质,以Biot动力固结方程为基础,编制了完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序。利用该程序对碎石桩复合地基进行了动力反应分析。结果表明:在地震荷载作用下,碎石桩具有明显的减震效应,碎石桩复合地基表层的最大水平振动加速度与天然地基相比明显减小,并且碎石桩对地基的沉降变形有明显的抑制作用;碎石桩的排水效应十分显著,随着输入地震加速度的减弱,在孔压达到峰值以后,由下到上出现了明显的孔压消散现象,碎石桩排水效应的影响范围为上窄下宽的圆台形;碎石桩的加密效应显著;考虑碎石桩各效应的耦合作用比仅考虑其单一效应,计算得到的孔压比要小,因此在进行碎石桩复合地基抗液化判别时,应该综合考虑碎石桩各效应的相互耦合作用。     

一种三维饱和土-基础-结构动力相互作用分析方法

地震波入射时土与结构动力相互作用分析是地震工程领域的重要问题.由于问题的复杂性,以往的研究大多考虑地基土为干土情形.而实际工程中,土体中经常充满孔隙水,土层往往是含水层或部分含水层.孔隙水对土层的地震反应影响较大,进而影响支撑于其上的基础和上部结构的响应.因此,有必要考虑饱和土-基础-结构动力相互作用问题.基于此,土体采用Biot模型,利用集中质量显式有限元方法并结合多次透射人工边界进行模拟;结构经有限元离散后,采用Newmark隐式时步积分方法进行分析,可通过ANSYS等有限元软件实现;基础假定为刚性,采用显式时步积分进行求解;土体和结构(及基础)可分别采用不同的时间步距;通过FORTRAN程序实现了三维饱和土-基础-结构系统在地震作用下的整体分析.从饱和多孔介质动力微分方程出发可知,干土是饱和土的特殊情形,通过将流体体积模量及孔隙率置为零,可将饱和土退化到干土,从而将干土统一到饱和土的计算框架中,通过土-结构相互作用算例对此进行了验证,进一步实现了干土与饱和土混合情形时的土-结构动力相互作用分析,使得问题的模拟更贴近实际工程(如考虑地下水位情形).通过算例对比了饱和土地基、干土地基、干土覆盖饱和土地基(考虑地下水位)情形时,土-结构相互作用对基础和结构响应的影响,结果表明地下水位对基础和结构响应的影响较大.     

基于叠加原理的群管桩的纵向振动

利用Winkler地基模型来模拟管桩与桩周土、管桩与桩芯土的动力相互作用,在忽略桩周土、桩芯土的径向、环向位移的情况下,得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数。在Winkler地基模型的基础上建立了主动管桩和被动管桩的纵向振动方程,将相互作用因子的概念扩展应用到管桩-管桩纵向动力相互作用,得到了管桩-管桩纵向动力相互作用因子。在叠加原理和管桩-管桩动力相互作用因子的基础上,求解了管桩的纵向振动,得到了管桩的纵向动力阻抗。通过数值算例分析了相关参量对管桩-管桩纵向动力相互作用和群管桩纵向振动的影响。研究结果表明:管桩内外半径比、桩土剪切模量比、管桩长径比对管桩-管桩纵向动力相互作用和群管桩纵向振动有较大的影响,桩间距较大时管桩-管桩纵向动力相互作用因子和群桩动力阻抗随频率变化曲线波动越大;管桩壁厚不宜过薄。     

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。     

液化土体中单桩的稳定性分析

根据地震场地液化特征,将土层分为表层非液化层,中部液化层以及底部基础层,基于桩-土相互作用的Winkler模型,得到考虑轴力作用的液化土层中桩-土系统的频率方程.利用此频率方程,研究了液化土层中轴压单桩的稳定性问题,分析了各种参数对受压桩临界载荷的影响.数值结果表明:桩临界荷载与抗弯刚度成正比；液化初期时,随着液化土层...     

多维地震激励下地基与结构相互作用系统动力反应耦联分析

为研究多维地震作用下地基与结构相互作用系统动力反应的基本规律,进行密肋复合墙结构与地基相互作用系统的模型振动台试验,测试了输入El-Centro波及天津波时地基与结构的加速度及位移反应,观测了地基开裂破坏现象。依据相互作用体系中上部结构的动力反应耦联模式,分析了结构加速度与位移反应耦联效应随高度的变化规律,研究了相互作用体系中结构振动耦联机制。结果表明:随测点高度的增加,加速度耦联效应系数除在顶层发生突变外,其余各测点的值均较为接近,且多数加载工况下位移耦联效应系数随高度的变化不明显;随着输入地震波烈度的提高,地基土先开裂而后略密实,结构顶部动力反应的耦联效应系数先增大后减小,相同烈度不同加载工况对应的值相差在10%以内。由此可见,在地震作用下地基的开裂破坏,导致地基与上部结构的接触发生变化,使结构在多维地震波作用下的动力反应发生耦联。     

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。     

建筑场地地震液化危害评价及地基处理

本文分析了地基失稳，计算震陷值及差异震陷等地基失效形式和液化土层的隔震作用，研究了液化指数、地基失效、液化土层隔震与多层房屋震害的关系，根据液化土的双重作用原理划分了液化危害等级，并提出了建筑场地地震液化危害评价方法和按“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗液化处理原则。     

单桩竖向动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应,利用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化计算方法,提出了一种改进的非线性动力Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,进而通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础。     

液化场地桩基侧向响应分析中p-y曲线模型研究进展

采用非线性Winkler地基梁模型分析侧向液化土-桩相互作用所面临的首要难题是液化土p-y曲线的确定.因此较全面地阐述了液化土p-y曲线模型的国内外研究历史、现状与重要成果,对获得液化土p-y曲线不同试验手段的典型试验作一简明分析,并概括了桩基侧向响应分析中常用的液化土p-y曲线.液化土p-y曲线的模型研究国外已取得不少很有价值的科研成果并开始用于桩基设计中,而国内才刚刚起步且以试验研究为主,基于这个事实,提出了对曲线模型研究的若干建议与认识,为曲线模型研究提供一些技术思路.液化土p-y曲线模型研究水平的提升将推动我国发展基于变形的液化场地桩基桥梁抗震设计方法.      

砂土中螺旋锚基础水平振动特性的模型试验研究

在水平激励作用下,钢管螺旋锚基础-土的动力相互作用具有明显的非线性特性。基于自制的锚土动力相互作用模型试验系统,对砂土中不同锚体几何结构的钢管螺旋锚的水平振动响应特性进行了研究,具体分析了螺旋锚长径比(L/D)、叶片距宽比(S/D0)、叶片外伸比(D0/D)、不同荷载幅值(F0)和振动频率(f)等对螺旋锚水平动力响应特性的影响,并与直桩进行了对比分析。通过研究螺旋锚周围土体的应力扩散,讨论了水平动力荷载作用下螺旋锚-土的相互作用规律。研究结果表明:长径比(L/D)是影响直桩和螺旋锚水平动力响应特性的重要因素;在锚径相同的条件下,锚土系统的共振频率随锚体长径比的增加而减小,随叶片外伸比的增加而增加,但对叶片距宽比相对不敏感;在锚体几何结构相同的前提下,激振荷载幅值越大,直桩土系统的共振频率越小,但激振荷载幅值对螺旋锚土系统共振频率的影响相对较小。     

现代土力学的基本问题

现代土力学可望在今后３０年内建成基本框架，其主要内容将包括新一代的本构模型及一个变形理论和两个破坏理论．本文介绍了作者对这些问题的今后研究重点及发展方向的一些看法．     

用薄层法分析层状地基中各种基础的阻抗函数

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法.采用薄层单元和傍轴边界分别模拟层状地基和弹性半空间.利用薄层法位移基本解和容积法推导了层状地基中基础-地基动力相互作用方程及块式基础、桩基础和承台群桩基础阻抗函数的统一计算公式.通过计算半无限弹性地基中桩基础、块式基础和二层地基上基础的阻抗函数验证了方法的适用性.进而计算了某实际层状地基中承台群桩基础的阻抗函数,并与试验结果进行对比,两者吻合较好.本文方法可用于分析弹性层状地基中各种基础的阻抗函数.     

弹性地基上HDAJ接头桩的非线性稳定性分析

本文采用弧坐标首先建立了弹性地基中受轴向载荷作用的高柔性抗震拼接头桩(High Ductility Aseis-matic Joint Spliced Pile)的非线性数学模型，并假定土(基础)对桩基的反作用力服从Winkler模型；在此基础上对该模型进行了线性化，并得到HDAJ接头桩的临界载荷。最后根据分叉理论的观点和方法，讨论了HDAJ接头桩在临界载荷处的稳定性问题。研究结果表明HDAJ接头桩在临界载荷附近必发生分叉，且分叉解是唯一的，稳定的，并且给出了分叉解的渐近表达式。物理上，这表示HDAJ接头桩的平衡构形在临界载荷处必然发生改变，并且从一个稳定的平衡构形变化到另一个稳定的平衡构形。同时考察了土的液化对临界载荷的影响，说明液化的影响是非常明显的。当考虑土的液化时，桩基的临界载荷低于不考虑土的液化时桩基的临界载荷。     

海洋平台吸力式基础的研究与进展

吸力式基础平台是近年开发出的一种新型海洋平台,由于多种优越性而受到各国石油部门的重视,并引起许多研究人员的关注.对有关吸力式基础的沉贯、稳定性以及与分析密切相关的冰激振动、土的动载下的本构研究进展进行了综述.并在最后针对海洋地区的条件提出了今后研究的重点问题,包括:沉贯阻力特性、动载下基础的软化特性和液化可能性、合适的土动力本构关系和数值方法、实验方法及模型律等.      

桩基的稳定性:理论和最新进展

本文对桩基的稳定性分析的数学模型、分析计算方法以及离心机模拟试验的近期文献进行了一定的回顾.主要侧重于桩基的失稳模式和机理分析,包括基于Euler屈曲理论的桩基不稳定性、桩基的定向不稳定性、地震液化中桩基的不稳定性、桩基的动力不稳定性、桩基的后屈曲分析等.最后简单地提出了进一步需要开展的工作.     

分层总和法在群桩非线性分析中的应用——变形总和法

本文提出了分层土中承台－桩－土共同作用非线方法，分析了群桩的工作状态和破坏特性，讨论了荷载水平对桩土结点屈服顺序的影响，以及荷载由角桩向内桩的传递规律，桩土载体 分担等问题。并经实例验证，本文提出的群桩分析具有较好的可行性。     

辽西风积土动应力试验研究

通过对辽西地区风积土动三轴试验, 研究了动荷载作用下辽西风积土的动强度特性和抗液化特性.通过控制不同的动荷幅值、固结比和固结围压等试验条件, 获得了抗震设防烈度为7 度时, 辽西风积土的动应力值和抗液化剪应力比. 利用Excel 软件, 对试验数据进行回归处理, 得到了该土试样的动应力与固结比和固结围压两种因素的经验关系式. 试验和回归分析结果表明, 风积土的动应力与固结比和固结围压成正比. 试验研究了不同固结比条件下辽西地区风积土的液化强度特性, 获得了不同固结比条件下的抗液化剪应力比. 试验结果表明, 风积土的抗液化剪应力随着固结比的增加而增大. 上述试验结果对于辽西地区工程的抗震设计具有重要的指导意义和工程实用价值.