单桩横向非线性运动地震响应简化分析

采用退化的Bouc-Wen模型和动力Winkler地基梁模型,建立了一个单桩横向非线性运动地震响应的简化分析模型,将自由场位移,作为沿桩轴均匀分布的非线性弹簧和频率相关的粘壶的支撑运动,利用运动响应因子的概念以及相应的计算方法,计算并讨论了地震运动过程中,单桩横向非线性运动地震响应问题。计算结果表明,对于单桩横向非线性运动地震响应问题的简化分析,所提出的模型在物理上是合理的。     

填土荷载下复合地基加固区压缩量的简化算法

在假设的位移模式下考虑桩土相互作用，通过力学推导，得到了填土荷载下复合地基桩侧摩阻力、加固区桩间土压缩量和桩土应力比的解析解．考虑到桩侧摩阻力的发挥水平，给出了假设位移模式下的简化算法．     

均质简支梁简化为单自由度系统条件研究

简支梁是土木工程中的常见结构形式，工程计算中常将其简化为单自由度系统进行初步分析和计算．本文系统地讨论了简谐荷载作用下将简支梁简化为单自由度系统进行竖向位移计算的限定条件．对限定条件分析发现将梁上质量的一半集中到梁跨中处所得近似结果精度最好．给出公式可以通过单自由度系统的位移得到梁上任意点处的竖向位移．本文对结构力学教材中的集中质量法进行了进一步的分析和讨论，给出的近似计算公式对土木工程中简支梁在简谐力作用下竖向位移的快速估算具有一定的参考价值．     

DX桩抗拔位移的弹性理论解析解

基于可反映桩基荷载传递性状的“套叠”式桩周土变形模式和弹性理论,将等直径部分和扩径体部分桩周土分段建立位移方程,推导了桩身带有扩径体的非刚性和刚性DX抗拔桩的荷载-位移关系的解析解。该解析解可反映桩的变形以及桩周土模量随深度变化等因素的影响,且计算较为简便。通过有限元数值模拟对计算模式可能引起的误差进行分析以及DX抗拔桩现场载荷试验结果的验证,表明本文给出的解析解可较好地反映DX抗拔桩在工作状态下的荷载-位移关系,可为DX抗拔桩的工程设计提供参考。     

考虑桩头约束的水平受荷单桩响应分析

基于m法的基本假定推导了考虑桩头转动约束程度、桩身自由长度和埋深比的水平受荷单桩响应解析解,获得了更具一般性的通解形式;基于该计算公式讨论了桩头转动刚度km、量纲为一的固定因子C、桩头约束度λ三种桩头约束定量表征参数间的关系;分析了桩身埋入深度和自由长度对桩头约束表征参数和单桩响应的影响。研究表明:桩头约束度λ(即有约束单桩桩头所受弯矩与桩头嵌固条件下桩头弯矩之比)不受桩和桩周土参数的影响。通过λ取0(表示桩头自由)和1(表示桩头嵌固)之间的数值有效表征桩头约束效果;采用桩身抗弯刚度和水平地基比例系数对桩头转动刚度进行量纲归一化获得系数β,在桩身埋入深度和自由长度给定的条件下,β和λ具有一一对应关系,β成为λ与单桩和桩周土体参数间相关联的关键参数。进一步的研究表明:在β相同的条件下,刚性桩的λ值大于弹性长桩,自由长度越大桩头约束度越大;桩头位移和土面下桩身最大弯矩随λ的增大呈线性变化;对于刚性桩和自由长度大于2倍桩土刚度系数的弹性长桩,自由长度变化对桩头位移比(有约束单桩的桩头位移与桩头自由单桩的比)随λ变化规律的影响不大;桩身土面下最大弯矩点深度随λ的增加而增加,随自由长度的增加而减小;在λ小于0.5时,刚性桩和弹性长桩的最大弯矩点深度基本一致,且此规律不受自由长度的影响。     

桩侧扰动分区饱和土中桩竖向振动特性研究

考虑沉桩过程中桩周土受到扰动产生软化或硬化的现象,建立了饱和土中径向分区桩竖向振动简化模型,通过分离变量方法,得到了桩竖向振动频域解析解和时域半解析解。分析了分区土对桩竖向振动特性的影响,数值计算结果表明,土层模量比、分区半径和桩底支承系数对桩竖向振动有较明显的影响。研究结果还表明,在较强的振动作用下,由于分区软化或强...     

考虑桩头约束的纵横向受荷微倾单桩响应分析

考虑桩身初始微倾斜,假定地基水平抗力系数沿深度线性增加,推导出纵横向荷载下桩周土屈服时桩身挠曲线微分方程,继而求得桩身响应的幂级数解。采用桩头约束度表征桩头转动约束,结合已有的自由段和弹性段桩身响应的幂级数解及桩底的边界条件,并基于各分界点处桩身响应的连续性,提出了桩身变形和内力的计算方法。与模型实验结果及已有解计算结果的对比验证了该法的可靠性。计算结果表明:随着桩头约束度的增加,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩近似线性减小;桩头约束度存在一临界值,在该值处桩身最大弯矩达到最小值;随着桩身初始倾角的增加,桩顶位移和桩身最大弯矩近似线性增大,其变化速率随纵向荷载的增加而增大。     

Mindlin解积分的方形荷载竖向应力系数初等解

在求解端阻在土中的应力时通常假定端阻为集中力,使得桩端附近应力突增,与实际应力的误差极大,无法有效考察桩端附近土体的应力分布特征。本文基于Mindlin应力解,利用积分代换和回代,求出方形均布荷载作用下半无限空间内任意一点的竖向应力系数初等解。当荷载深度接近0时,理论上该解退化为Boussinesq解,通过计算可知二者得出的应力系数一致。本文还首次给出了应力系数沿荷载埋深衰减的规律,当荷载埋深与宽度比小于1.0时,衰减很快;当大于1.0时,则衰减较慢,且逼近0.5。对方形端阻应力系数和圆形端阻应力系数进行比较发现,在桩端2倍桩径范围内的应力系数差别仅为约20%,在2倍桩径之外,两种应力系数一致。因此,用方形端阻应力系数替代圆形端阻应力系数产生的误差较小。按照本文的积分方法,还可以求解矩形分布荷载下的应力场和位移场。本初等解也可为研究基坑开挖产生的应力场提供参考。     

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。     

沉桩挤土位移应力变分解和积分泛函收敛性分析

静压桩是一种挤土桩,沉桩挤土作用将引发很多工程问题. 实际的贯桩过程发生在半无限成层土体中,且单桩具有空间轴对称性,桩的形状和长度也各不相同,因此需要研究半无限土体中一般桩孔扩张的特性和解. 通过对沉桩挤土的研究现状和实际存在问题的分析,建立沉桩挤土三维模型、设定符合变分约束条件的位移函数. 根据研究区域的积分泛函得到问题的位移和应力解. 由于能量泛函涉及三维广义积分问题,所以重点对积分和解的收敛性进行了分析,并应用经典土压力理论、小孔扩张理论和Ansys计算结果对计算和分析结果进行验证.      

刚性斜桩顶部受任意力的位移的线载荷积分方程法的分析

刚性斜桩顶部受任意力作用的位移分析可以分解为在倾斜平面xoz及其法平面yoz内受力的位移分析.xoz(或yoz)平面内的位移分析,可以用集度为未知函数X(t)(或Y(t))和Z(t)的Mindlin水平点力(平行x轴(或y轴)),垂直点力,在xoz(或yoz)平面内沿桩轴[0,L]内分布,根据边界条件,可将问题归结为Fredholm第一种积分方程.用离散的方法可获数值解.文中给出数值计算的例子.计算的精度用功的互等定理来检查,并将直桩的结果与别人的直桩结果作比较.     

单桩横向非线性惯性响应简化分析计算方法

根据已建立的地基土-单桩系统横向非线性动力相互作用的简化分析模型,在动力Winkler模型的基础上,研究单桩横向非线性惯性响应。简化模型中．地基土对桩轴的横向非线性作用力．由非线性迟滞退化弹簧模拟,地基土在运动过程中的能量耗散,由与弹簧并联的粘壶模拟。利用有限元空间离散技术和Newmark-β法,讨论了横向惯性荷载作用下．单桩运动方程在时域中的求解方法。计算结果表明,该模型能够反映单桩非线性惯性响应的主要特征。能够揭示各种非线性因素,如：桩周土的迟滞效应、退化、屈服,以及土-桩界面的分离等,对单桩惯性响应的影响。计算结果与试验结果相当吻合。     

阻尼对空爆荷载等效静载动力系数的影响

为考查阻尼参数对空爆荷载等效静载动力系数的影响,理论推导了空爆荷载下结构等效单自由体系弹塑性位移解及延性比解,设计并计算了阻尼比0.000 1～0.1、延性比1～4的20种典型工况的动力系数,并与现行抗爆设计规范动力系数公式结果进行了对比。结果表明:阻尼比小于0.000 1时可基本代表无阻尼状态,阻尼比0.01的动力系数比无阻尼的最大降低幅度为2.08%,数值差异很小,因此阻尼比为0.01以内时,可忽略阻尼对动力系数的影响;阻尼比0.05的动力系数比无阻尼的降低幅度约9.92%,数值差异较大,认为阻尼比0.05以上时将具有明显的经济效益;现行设计规范动力系数更适用于柔性结构体系,运用于刚性结构抗爆设计时,计算误差较大,对阻尼比较小的结构设计更不利。     

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.     

弹性或弹塑性土体中桩基的大变形分析

采用弧坐标,首先建立了位于弹性地基或弹塑性地基上并具有初始位移的桩基大变形行为的非线性微分方程组,并采用Winkeler模型来模拟地基对桩基的抗力;其次,应用微分求积方法离散非线性微分方程组,得到一组离散化的非线性代数方程,并给出了利用Newn-Raphson方法求解非线性代数方程的步骤;作为应用给出了数值算例,得到了桩顶受组合载荷作用时,变形后桩基的构形、弯矩和剪力,考察了土的弹性和弹塑性性质、桩基初始位移、荷载等参数对桩基力学行为的影响.最后将模型进行简化,得到了小变形理论的解析解,并比较了由大变形理论与小变形理论所得结果的差别.     

复合材料周期结构数学均匀化方法的一种新型单胞边界条件

数学均匀化方法是计算周期复合材料结构的有效方法之一,单胞边界条件施加的合理性直接决定了影响函数控制方程的计算效率和精度,进而影响均匀化弹性参数和摄动位移的计算精度.本文首先将单胞影响函数作为虚拟位移处理,给出了单胞在结构中真实的边界条件,结果表明,四边固支适合作为二维结构单胞边界条件;其次,针对二维结构提出了超单胞周期边界条件,有效提高了影响函数的计算精度,并使用与虚拟位移相对应的虚拟势能泛函验证超单胞周期边界条件的有效性;最后,利用数值分析验证多尺度渐进展开方法的计算精度,强调了二阶摄动的必要性.     

侧移土体被动桩成拱效应及主动侧土压力计算

采用三维数值模型模拟土体水平位移条件下被动桩的成拱效应。分析结果表明,被动桩的成拱效应和桩间距关系最为密切,桩间距较小时,侧移土体在桩周附近呈现出明显的土拱效应,应力等值线密集,相互连通成一整体,并向两端突出,桩间距增大时土拱效应减弱;随着作用于土体侧向荷载的增大,土拱效应增强,桩周应力区增大。在数值分析的基础上,以T.Itos土压力为依据,考虑土体的实际分层,探讨了考虑土拱效应的土压力计算方法,给出了被动桩计算模式,最后将简化方法与数值分析的桩侧土压力进行了对比。     

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.     

求解Rayleigh阻尼系数的加权最小二乘法

在地震反应分析过程中,提出了一种优化方法以解决Rayleigh阻尼系数计算时选择两阶合理参考频率的难题。该方法是以反应谱理论为基础,以结构位移峰值误差最小为目标函数。将位移反应谱用一阶Taylor级数近似计算,从而将目标函数简化为加权最小二乘法的方程。随后以框架结构为例,讨论了模态个数和阻尼比模型对Rayleigh阻尼系数计算的影响,并与传统方法、最小二乘法及基于多参考振型的加权最小二乘法进行比较。计算结果表明,最小二乘法由于忽略了模态贡献的影响,不是计算Rayleigh阻尼系数的合理方法。当模态个数所包含的累积振型参与质量达90%以上,本文方法所得Rayleigh阻尼系数计算结果稳定,结构动力反应的计算精度高。     

波浪引起的海底土层中的应力场和位移场

本文分析了波浪压力引起的海底土层中孔隙水流动的状况,给出了简化的力学模型来描述海底土层中孔隙水流动所引起的应力场和位移场.对波浪的分析采用了线性波的理论假设,波浪引起的压力计算采用高斯分布理论.孔隙流体和土骨架都假设为可压缩的,孔隙水在海底土层中的流动满足达西定律.由表示质量守恒的连续性方程与应力平衡方程出发,得到了由位移所表示的高阶微分方程,并给出了海底土层中位移场和应力场的解.其解依赖于孔隙流体和土骨架的相对压缩性,土的泊桑比和剪切模量,以及土介质的渗透率和各向异性等特性.文章还结合实际情况进行了计算,并分析了上述参数的影响.对如何应用上述结果提出了相应的参考意见.