水平瞬态荷载作用下桩土动力相互作用研究

为研究桩基在桩-土界面连续条件下,桩顶受撞击等水平瞬态荷载作用时桩基位移响应、桩-土界面动力响应和桩周土的应力分布规律,根据Biot理论和Novak平面应变假定,采用Euler梁建立桩-饱和土耦合振动的平面应变简化模型,利用Laplace变换和势函数分解求解系统动力控制方程.针对桩-土系统在水平三角形冲击荷载作用下的振动状态,着重对桩基位移响应、桩-土界面和桩周土的动力响应开展时域分析.研究发现:桩-土系统的位移场响应滞后于应力场响应;桩土模量比越小,桩-土界面有效径向应力、切应力及孔压响应越显著;土体渗透系数减小引起桩-土界面孔压增大,导致有效径向应力减小,桩-土界面处切应力几乎不受渗透系数变化的影响;渗透系数较大时,桩周土孔压分布较分散,最大有效径向应力出现在桩-土界面附近;渗透系数较小时,桩周土孔压分布较为集中,最大有效径向应力则出现在桩-土界面较远处.

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

大型振动台模型试验是目前研究土 -结动力相互作用的一种极其有效的手段。以 1976年唐山地震中倒塌的胜利桥为原型 ,开展 1∶10模型的液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究 ,很好地再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象 ,并且模型桩的试验破坏状况与其原型的实际震害情况也比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题 ,以飨同仁。

液化场地桩-土-结构动力相互作用的有限元分析

基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有效应力方法对液化场地桩基础的地震反应进行了三维有限元分析。在饱和液化砂土的循环塑性模拟中,采用了超固结边界面、Armstrong-Frederick型非线性运动硬化准则和非关联流动准则来描述动荷载作用下砂土的循环活动性以及液化强度等特性。对于桩的动力本构行为,则采用了可以考虑体积效应和轴向力影响的梁—柱单元来模拟。以某城市高架桥的实际工程为例,应用该方法对地基液化时桩—土—结构的动力相互作用进行了计算分析,并得到了一些有用的结论。

液化场地桥梁桩—土动力相互作用p-y曲线特性研究

针对液化场地桩—土动力相互作用振动台试验,基于OpenSees有限元数值计算平台,建立了三维有限元数值模型。采用振动台试验结果,验证了数值模型的正确性。基于此数值模型,进行液化场地桩—土动力相互作用p-y曲线特性的参数分析,研究了砂土的渗透系数、内摩擦角和相对密度、上覆粘土层厚度及桩径对曲线的影响效应。研究表明,砂土液化后,动力p-y曲线的滞回圈面积较液化前有明显增大;砂土的渗透系数控制着砂土超孔压的增长趋势;砂土的内摩擦角、相对密度的增大及粘土层厚度的增加使动力p-y曲线滞回圈的面积趋于减小,而桩径的增大使动力p-y曲线滞回圈面积变大。

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验研究进展

本文在全面归纳与总结液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用振动台试验及与之相关领域的国内外研究进展基础上 ,直接针对我国桥梁工程中的主要震害问题 ,提出在我国开展液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用振动台试验研究的必要性 ,并阐述作者对液化场地桩 -土

改进的薄层单元在桩-土动力相互作用中的应用

在地震荷载作用过程中,由于桩身材料性能与周围土体性质差异较大,土体在桩-土接触面上发生张开或滑移,该强非线性接触行为直接影响接触面附近土体与桩体应力状态,从而影响上部结构地震响应水平。真实桩-土接触面由于桩身表面混凝土约束关系,具有一定厚度且存在相关体变规律的接触带。通过有限元软件ABAQUS用户自定义单元UEL程序编写改进Desai薄层接触单元,在Desai薄层接触单元中加入Rayleigh阻尼项以模拟地震作用时桩-土强非线性接触行为能量耗散过程。接触面法向与两切向本构关系采用双曲线模型。规定了Desai薄层接触单元在桩-土接触面上的行为模式以模拟土体在接触面黏结、滑动、张开、再闭合等接触状态。建立精细三维桩-土-结构体系动力相互作用模型以研究改进Desai单元对上部结构峰值动力响应水平影响,为工程结构抗震设计时程分析提供参考依据。

液化微倾场地群桩-土动力相互作用p-y曲线特性

基于OpenSees计算软件建立液化微倾场地群桩-土动力相互作用有限元模型,分析液化微倾场地饱和砂土p-y曲线特性,系统研究了场地倾斜角度、桩径、地震作用幅值和基桩位置对饱和砂土动力p-y曲线特性影响。研究表明:土体即将液化时,桩基土反力达到峰值;土体液化后,土体表现出了流体特性;土反力峰值、桩土相对位移峰值和初始刚度随场地倾斜角度增加而增大;桩径越大,液化砂土的耗能效应越明显;随着地震作用幅值的增加,桩土相对位移峰值和土反力峰值也随之增加;液化微倾场地上坡桩受到的土体侧向流动力大于下坡桩。

土体液化过程中桩-土动力相互作用p-y曲线模型

桩-土动力相互作用分析是解决液化场地桥梁桩基抗震设计问题的有效途径。鉴于此,本文依托OpenSees有限元数值模拟平台,分析了桩径、孔压比、砂土相对密度等因素下砂土动力p-y曲线的变化规律,建立了不同孔压比下砂土的动力p-y曲线簇,提出了动力p-y曲线骨干线的修正方法;最后,以孔压比为控制因素,发展了能够表征土体液化过程的动力p-y曲线模型。研究结果对液化场地桩-土动力相互作用分析具有重要借鉴意义。

Rayleigh波作用下桩-土-桥梁结构动力相互作用问题研究

基于等效粘弹性人工边界单元建立了可考虑成层介质及Rayleigh波输入的二维有限元时域模型,计算了Rayleigh波作用下成层介质与均匀介质的自由场反应,与理论解比较表明有限元计算结果具有较好的工程精度。针对Rayleigh波作用下桩-土-典型刚构桥梁结构动力反应进行了分析,考虑了场地条件的不同、软夹层位置的改变、不同频率Rayleigh波的输入以及桩长对Rayleigh波传播与场地地震反应的影响,对影响因素进行了讨论。

桩-土-结构动力相互作用体系自振特性的分析

针对土与上部结构动力相互作用的问题,采用ANSYS^(R)软件进行了桩-木-结相互作用线性体系的模态分析,建主了钢筋混凝土剪切型结构的计算模型,研究了桩-土-结相互作用体系的自振特性。结论表明:用ANSYS^(R)软件可以方便地分析土与结构动力的相互作用,与刚性假定下的结构体系相比,PSSI体系的自振特性发生了变化。

非饱和黄土场地桩-土动力相互作用试验研究

为了研究非饱和黄土场地桩-土动力相互作用,利用土工离心机振动台进行桩-土动力模型试验.获得桩身弯矩、桩侧土抗力、桩-土相对位移及动力p-y曲线,分析加速度幅值、桩基埋深对动力p-y曲线的影响.基于非线性文克尔地基梁模型,建立考虑远场阻尼效应、桩-土间隙效应的非线性动力p-y单元,通过有限元分析结果和该试验记录对动力p-y单元的有效性进行验证.结果表明,随着加速度幅值的增加,桩-土体系的耗能增强,土体刚度逐渐退化;桩侧土抗力与桩-土相对位移之间存在滞后性;采用建立的动力p-y单元,能够相对真实地模拟非饱和黄土场地的桩-土动力响应.

考虑桩-土-结构动力相互作用的土质地基条件下核岛厂房地震响应分析

在有限元框架内以全耦合方式考虑群桩效应的影响,引入粘性人工边界模拟无限地基辐射阻尼效应,并采用等效线性法模拟地基非线性特征,建立了嵌岩桩-土-结构动力相互作用计算模型;基于此模型,以CPR1000核岛厂房结构为研究对象,综合对比分析原状土质地基条件下和嵌岩桩处理地基条件下核电厂房地震响应。研究结果可为类似地基条件下核岛厂房的抗震设计提供参考。

考虑冻土效应的桥梁桩-土动力相互作用研究现状与展望

冻土和地震是我国西部高寒高烈度地区桥梁工程建设中主要面临的两大挑战。冻土区线路工程广泛采用桩基础桥梁,土体冻结后会显著影响地震作用下桩-土动力相互作用过程,给桩基础桥梁抗震分析带来困难。首先系统总结和分析了冻土对桥梁结构地震响应的影响、桩-冻土相互作用效应及其计算模型等方面的研究现状,进而对相关成果进行了科学分析。研究表明:冻土的存在对桥梁结构地震反应的影响是显著的,桩基础桥梁抗震设计中不考虑冻土效应是不合理的。目前还存在的问题包括:冻土区桥梁结构地震反应的研究中,未充分考虑冻土效应;现有桩-土相互作用模型无法有效应用于冻土领域;地震作用下桩-冻土体系相互作用机理及其破坏特征不明确。在此基础上,提出了考虑冻土效应后桥梁桩-土动力相互作用为今后需要重点研究的方向。

桩-土动力相互作用接触面研究综述

桩-土动力相互作用的问题是岩土工程、地震工程和结构工程的重要研究内容,其复杂性源于土动力性能和桩-土接触面的动力接触行为的复杂性,因而接触面的研究是桩-土动力相互作用的主要课题之一。回顾了接触面的研究历程和现状,介绍了接触面的变形机理和接触面数值计算方法,阐述了桩-土接触面分离和滑移的判断方法,并对今后的研究提出了几点看法。

砂土液化过程中桩—土动力相互作用p-y曲线特性

为了探究液化过程中桩-土-结构动力相互作用规律,本文基于正弦波加载完成桩-土-结构相互作用振动台试验,建立了液化场地桩-土动力相互作用p-y曲线,阐述了液化过程中桩-土动力相互作用p-y曲线特性。结果表明:高频正弦波加载,砂层孔压增长迅速;砂土液化过程中,桩弯矩表现为先增后减的趋势。动力p-y曲线滞回圈在低频加载情况下未软化,在高频加载情况下,动力p-y曲线滞回圈面积增大,且桩侧土反力增加。场地液化后动力p-y曲线呈现出上“凹”形状。本文研究成果可为液化场地桩基设计和工程建设提供参考。

桩-土-结构动力相互作用的非线性地震反应分析

用ANSYS软件作为桩-土-结动力相互作用分析的工具,建立了中震及大震下钢筋混凝土剪切型结构考虑桩-土-结动力相互作用效应的非线性模型,进行了中震及大震下桩-土-结相互作用体系的非线性地震反应时程分析,研究了土-结动力相互作用效应对结构地震反应的影响。结果表明地震动作用过程中,桩与土体之间交替地处于接触、滑移和脱离状态,对结构的地震反应有一定的影响。

考虑桩-土相互作用的连续刚构桥车桥耦合振动分析

针对某高速铁路上一座位于软弱地基处的连续刚构桥,为研究考虑桩-土相互作用对上部结构和车辆动力响应的准确影响,避免由于桩顶横向位移和弯曲的耦合作用带来的误差,建立包含桩基础的整体桥梁模型(全桩模型),对比以往常用的墩底固结模型和在承台底施加弹簧约束的模型(等效刚度模型)。计算分析了三种模型的自振特性,使用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分别进行动力仿真分析。对比分析表明:考虑桩-土相互作用对桥梁横向振动有较大影响,其中横向动位移显著增大,最大误差达31%,而横向加速度降低;全桩模型由于考虑了桩-土相互作用以及横向位移和弯曲的耦合作用,比墩底固结模型和等效刚度模型要合理;高速铁路桥梁位于软弱地基处且具有高桩承台时,应采用考虑桩-土-上部结构动力相互作用的有限元模型进行车桥动力仿真分析。

液化场地桩-土地震相互作用振动台试验数值模拟

基于动力Biot理论将饱和砂土模拟为两相介质,正确考虑水和土颗粒之间变形关系,采用完全耦合u-p有限元公式模拟土体位移和孔压,选用多屈服面弹-塑性本构模型模拟黏土、砂土,砂层划分为20-8节点六面体单元,桩处理为梁-柱单元,建立三维有效应力振动台试验分析模型。通过振动台试验结果,验证该模型的正确性,显示该方法能够准确地模拟可液化场地桩-土-结构动力相互用的重要特征,这对于实际工程设计具有一定的参考意义。

土–结构动力相互作用分析打桩引起相邻隧道振动

某集装箱码头打桩施工紧邻拟建的大直径越江隧道,桩身长度达到50 m,隧道直径约18 m。为了分析打桩对该隧道可能产生的振动影响,采用有限元模拟打桩引起的隧道振动。该问题的本质是桩–土–隧道三者组成的体系在冲击荷载下的整体动力响应。桩与土、土与隧道之间的力学关系是这类问题的重点和难点。这种力学关系实质上是动荷载作用下的动力接触关系。利用ANSYS的瞬态分析和接触单元,通过对动力参数和接触参数进行合理设置,在验证了某工程实例的基础上,对该问题进行了有效的数值模拟,从而分析出隧道在打桩冲击荷载下的振动规律,为确定打桩间距、打桩深度以及打桩能量等重要参数提供参考。