桩土相互作用分析中的动力Winkler模型研究评述

Winkler地基梁集中参数模型在桩—土动力相互作用分析中得到了普遍应用,在现有研究成果的基础上,对桩—土相互作用分析中的动力Winkler模型进行了较全面的综述,指出了各种模型的优缺点,并对有待于深入探讨的问题及发展动向进行了简要评述,为今后深入研究提供了基础。

基于Winkler模型的有效桩长研究

有效桩长的定义有基于承载力角度和沉降角度两种方法,由于影响因素的多样性,有效桩长的研究比较复杂。运用桩顶刚度控制法确定有效桩长。基于Winkler地基模型,以荷载传递法为工具,推导出双层土的桩顶刚度计算公式,并对有效桩长影响因素进行了分析。结果表明,桩径的增大有效桩长增加;土层刚度比(第二层土刚度与第一层土刚度之比)增大有效桩长减小;桩端刚度的增大对有效桩长的影响都不明显,第一土层厚度的增加在一定范围内对提高有效桩长是有用的。

基于Winkler模型的冰层承载能力分析

为保障冰上旅游活动的安全,基于Winkler模型分析了冰层承载能力。首先对冰层承载力的来源进行了假定,依据冰层受力特点将冰层假定为弹性地基上的薄板,运用Winkler平衡方程对不同荷载作用形式下冰层承载能力进行求解,分别计算各种工况下板底的最大挠度和弯拉应力。在此基础上引入冰温度-弯拉强度关系和安全系数,绘制不同工况条件下冰层承载能力图并与加拿大经验公式进行对比分析。最后根据计算结果,在冰层发育的不同时期进行承载力试验,分别验证了人群、雪地摩托以及轻型卡车荷载作用下冰层的安全厚度。

基于Winkler模型和弹塑性模型的管道施工中边坡稳定性分析方法研究

针对长输管道施工特点，在缺乏施工土层数据精确值的条件下，分别应用Winkler模型和弹塑性模型分别对边坡稳定性进行相关计算，从而达到对比基于地基梁的弹塑性模型与Winkler模型在判断管道施工中边坡稳定性分析准确性的目的。通过模拟管线所经地区所在边坡受破坏产生形变过程，并使用模糊算法进行量化计算，从应力之间的相互作用来分析影响边坡安全状态的含水程度、土层间的粘聚力及土层间隙发育程度等因素。在技术路线上，采用考虑了轴力影响的弹塑性模型来模拟管、土之间的相互作用，进而讨论各因素之间的相互关联，得出非线性方程组，再利用模糊算法模型进行迭代计算，求出各未知量得到最优解，从而客观、实际地分析影响管道的变形与应力的主要因素。

基于Winkler模型的沿空留巷底板变形力学分析

沿空留巷顶板岩层垮落到底板时,会影响底板的受力和变形,进而导致底臌,底臌的产生将直接影响采煤工作开展。为了对巷道底板的变形机理进行研究,根据空留巷底板受力特点,将巷道底板视为弹性地基梁,建立顶板岩层垮落在巷道底板上的不均匀荷载作用下的Winkler弹性地基梁力学模型,通过对高阶微分方程求解,分析巷道底板任一处的挠度、转角、弯矩及剪力的分布规律,并结合内力分布规律对底板破坏机理进行分析。结合工程实践,提出了防止底板变形的措施,为类似工程的设计及施工提供参考。

Winkler与三参数弹性地基梁模型的计算比较

三参数弹性地基梁模型是在Winkler模型基础上的改进.为说明三参数模型的实用性,以Winkler弹性地基梁和三参数模型为理论计算基础,采用有限元法分别求解,并用Matlab编制程序进行计算及绘图.通过对计算实例的比较和分析,表明三参数模型计算方法在计算基底位移、基底反力时比Winkler模型更加符合实际,在计算梁内力时与Winkler模型基本相同,最后对影响因素进行了分析.

Winkler地基模型上功能梯度材料涂层的摩擦接触问题

研究Winker地基模型上功能梯度材料涂层在一刚性圆柱形冲头作用下的摩擦接触问题。功能梯度材料涂层表面作用有法线向和切线向集中作用力。假设材料非均匀参数呈指数形式变化,泊松比为常量,利用Fourier积分变换技术将求解模型的接触问题转化为奇异积分方程组,再利用切比雪夫多项式对所得奇异积分方程组进行数值求解。最后,给出了功能梯度材料非均匀参数、摩擦系数、Winker地基模型刚度系数及冲头曲率半径对接触应力分布和接触区宽度的影响情况。

基于Winkler地基理论的横向受荷长桩非线性动力响应模型试验

基于Winkler模型,将弹性地基离散化为线性弹簧,建立长桩-弹簧动力相互作用模型试验系统,研究了桩顶横向简谐激励下桩基的非线性动力响应。通过两组共12种工况模型试验,分析了桩身参数、地基约束、桩顶配重和激励特征等对桩基动力响应幅值、共振和空间运动的影响。试验结果表明:随激励幅值增大,桩基动力响应的非线性特征显著;在特定的激励频率下,激振器与模型桩发生共振,在一定程度上改变桩-土系统的动力响应特征;若放松地基约束,桩基主共振响应呈软弹簧特性,表明土-结构相互作用对桩基的动力学特性有定性影响;改变桩顶配重,在小幅激励下桩基响应幅值的变化较大;由动力轨迹可知,桩顶有明显的面外运动。研究建立了理论分析与试验测试的直接关联,促进了基于Winkler模型开展的横向受荷长桩非线性动力学试验研究。

改进的Winkler弹性地基模型在触地段动力分析中的应用

为了研究海洋立管触地段损伤管道在复杂荷载作用下的动力响应,本文基于Winkler弹性地基模型确定土体抗力及其分布,同时结合我国南海的地质条件,利用有限单元法将土体抗力离散成土弹簧,建立改进的Winkler弹性地基模型,并由室内模型试验验证该模型的正确性。通过将此模型应用于全尺寸损伤海底管道的动力分析,研究了触地段损伤管道不同节点的动力响应,结果与实际情况吻合,取得了良好的应用效果。表明该模型对处理实际的问题是有价值的,随着针对触地段管道研究的深入,这种价值也必然会得到越来越多的体现。

基于Winkler地基梁模型的高桩码头非线性时程分析

基于Winkler地基梁模型,考虑高桩码头结构的非线性,进行了高桩码头的非线性时程分析。采用的Winkler地基梁模型由并联的弹簧和阻尼器组成,弹簧和阻尼器分别用于模拟桩侧土抗力和土体辐射阻尼。通过岸坡自由场地震反应分析获得结构地震动输入,并将计算得到的位移时程施加在弹簧末端以计算码头动力反应。另外,通过去除模型中的阻尼器以研究辐射阻尼对高桩码头地震反应的影响。研究表明,Winkler地基梁模型可以很好地模拟码头在地震作用下的受力状态,得到桩基塑性铰出现次序、内力及变形;辐射阻尼会减弱码头地震反应,影响结构破坏程度,在工程设计中应予以重视。

简谐横荷载作用下Winkler地基上有限长梁1/3次亚谐共振分析

基于Winkler地基模型及Euler-Bernoulli梁理论,建立了Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程。运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程,利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐共振的一阶近似解。分析了长细比、弹性模量、地基刚度、阻尼、密度等参数对其亚谐共振幅频响应的影响,并通过与非共振硬激励情况对比分析1/3次亚谐共振对系统实际动力反应的影响。研究结果表明:1/3次亚谐共振区域对外激励幅值敏感;阻尼或地基刚度大于一定值后,系统将不出现1/3次亚谐共振响应;1/3次亚谐共振显著增大系统稳态动力响应位移。

基于有限元模型的改造多格矩形水池底板内力计算分析

结合工程实例,对加隔墙改造前后的现状多格水池构筑物进行了基于Winkler假设有限元建模分析,将底板内力计算结果与工程设计计算中的净反力直线分布假设的计算结果对比。针对上述成果,分析了两种假设计算的优缺点,给出了改造前后不利工况下弯矩包络结果。

基于非等截面桩体模型的缺陷楔形桩动力响应研究

假设桩体为弹性,截面半径线性渐变,采用Winkler模型模拟桩土相互作用,建立基桩振动方程,利用有限差分法求解,并得到基本收敛条件.所得结果与一定工况下的解析解结果验证一致.对缺陷楔形桩的动力响应分析显示:(1)缺陷长度对桩底反射影响较小,对缺陷反射影响较大,对频响曲线的共振频率和振幅影响也较大;(2)缺陷程度对桩底反射、缺陷反射、频响曲线的影响均较大;(3)对于缺陷楔形桩,存在临界桩径比和临界截面缺陷比,这会使得无法接收到桩底反射,且桩长越长,临界桩径比和临界截面缺陷比越大.

基于非等截面桩体模型的楔形桩动力响应

为完善楔形桩的动力响应及应用理论,假设桩为弹性,将桩身划分为非等截面桩段,桩径线性渐变,采用Winkler模型模拟桩周土,建立基桩振动方程,通过换元变换进行简化,依次求得桩顶纵向振动速度的频域响应和时域响应,并通过控制变量法就相关影响因素展开深入讨论,结果表明:当地基土剪切波速较小时,本文模型计算结果与已有简化模型结果相近,随着土体剪切波速提高时,两者出现显著差别;针对3个楔形桩的几何特征参数,计算表明,桩长L主要影响桩底反射信号强度,桩长越长,反射信号峰越低;桩身半长处桩径Rm和楔角α主要影响C区曲线的位置,Rm越大,α越小,C段会更下沉,同时也会小幅影响桩底反射信号强度;桩身纵波速(弹性模量)越大,桩底反射信号越强,频响曲线的震荡幅度越大.

Winkler基础上弹性薄板的中值定理

本文给出了winkler基础上弹性薄板解的中值定理,作为一个特殊情况,当地基反力系数k趋于零时。

基于双参数模型的预应力锚索框架内力计算

预应力锚索框架是加固边坡、滑坡常用的方法。目前框架梁的设计方法以Winkler弹性地基梁理论为主,其理论的基本假定与地基土体的实际性质有较大差别,计算结果偏于安全。文内引入Vlazov双参数地基模型,推导了框架梁内力计算公式。两个算例的对比分析表明,利用该法在保证加固效果的同时,可在一定程度上降低工程造价。

横向荷载作用下Winkler地基上有限长梁3次超谐共振分析

基于Winkler地基模型和Euler-Bernoulli梁理论,建立了Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程。运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到了离散的非线性振动方程,然后利用多尺度法求得了该系统3次超谐共振的幅频响应方程及其位移的一阶近似解。为揭示弹性地基上有限长梁的3次超谐共振响应的特性,分别分析了长细比、弹性模量、基床系数、阻尼、密度等主要参数对该系统3次超谐共振幅频响应曲线的影响,并通过与非共振硬激励情况的对比分析了3次超谐共振对系统实际动力反应的影响。研究结果表明:3次超谐共振响应曲线有跳跃和滞后现象;增大阻尼和基床系数均对3次超谐共振的发生有抑制作用;增大外激励幅值,系统3次超谐共振区域增大;3次超谐共振将增大系统的稳态动力响应幅值和加速度。

高强土工格室加筋砂地基模型试验变形分析

高强土工格室采用新型U形钉节点,材料抗拉强度为传统格室的10倍左右.将土工格室置于地基,形成土工格室结构层,针对纯砂地基和不同格室焊距的土工格室加筋砂地基进行多组模型试验.分析试验所得荷载一沉降曲线,结果表明土工格室加筋能明显提高地基承载力,减少地基沉降.在一定范围内,格室焊距越小,加筋效果越明显.将Winkler弹性地基梁计算方法运用于高强土工格室加筋砂地基沉降计算中,得出弹性地基梁的有限长梁解,通过试验所得实测数据较为精确地确定了计算所需参数;对比试验和计算结果,给出了高强土工格室加筋砂地基结构层变形计算方法,并且得出高强土工格室这一新型材料的相关计算参数.

基于弹塑性地基模型的湿陷性黄土地段悬空管道受力分析

根据湿陷性黄土地段塌陷区悬空管道的受力特点,建立考虑管道轴向载荷和地基塑性变形的悬空管道受力的弹塑性地基模型,推导悬空管道受力和变形计算公式,并利用V isual Basic计算机语言编制相应的计算程序对某湿陷区悬空管道进行模拟计算;将悬空管道的力学分析计算结果与实测值和W inkler地基模型计算结果进行对比,分析轴向载荷和地基刚度对计算结果的影响。结果表明:弹塑性地基模型比W inkler地基模型具有更高的计算精度,更符合工程应用;轴向载荷对悬空管道受力和变形影响显著,在悬空管道设计校核中不能忽略;地基刚度对弹塑性地基模型计算结果影响不显著。

考虑水平摩阻力的Winkler地基有限长梁非线性受力分析

基于传统的Winkler弹性地基模型,考虑梁与地基土体界面之间的水平摩阻力影响以及地基梁水平向与竖向的变形耦合及变形的几何非线性特性,建立相应的地基梁变形耦合控制微分方程。在此基础上,采用Galerkin法导出对称荷载作用下有限长梁内力及位移的非线性解析解。将该方法与传统弹性地基梁法及有限元法进行比较,计算结果基本一致。此外,采用该解析解法进一步分析探讨梁土界面间的水平摩阻力对地基梁竖向挠曲变形、剪力及弯矩的影响。分析结果表明,考虑水平摩阻力时梁的竖向挠曲变形、剪力、弯矩较不考虑时的有较大的变化;而且在其他条件不变的情况下,水平摩阻力越大,其对地基梁竖向挠曲变形、剪力、弯矩的影响也就越大。因此,在实际工程设计时梁土界面水平摩阻效应不容忽视,应予以考虑。