土-桩-结构相互作用对大跨度CFST拱桥地震反应的影响

以湖南益阳茅草街大桥为研究对象,采用J.Penzien质量-弹簧体系模拟桩基础与地基,基于ANSYS软件建立了该桥大跨度中承式钢管混凝土(CFST)系杆拱桥的三维有限元模型.以此为基础对茅草街大桥的地震反应进行了空间非线性时程分析,研究了不同地震动输入下土-桩-结构相互作用对该桥地震响应的影响.研究结果表明,土-桩-结构相互作用对大跨度CFST拱桥地震反应的影响易受地震动输入方式等因素的影响,非常复杂,但是当基础刚度得到保证后,采用拱脚固结模式进行抗震分析是可行的.

土-桩-结构相互作用体系的振动台模型试验

通过土 -桩 -结构体系的振动台模型试验 ,探讨了土 -结构相互作用对结构动力特性和结构地震反应的影响 .试验结果表明 ,土 -结构相互作用使结构体系的自振频率降低 ,使体系的阻尼大大增加 .土

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于Penzien提出的集中质量法 ,将上部结构和桩基离散为剪切型质点串 ,以弹簧和阻尼器模拟周围土体 ,建立土 -桩 -结构动力相互作用的分析模型 ,给出相互作用参数的确定方法 ,并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性 ,通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应 .运用此模型对某 180m混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析 ,得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致 ,但考虑桩 -土 -上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长 ,变形增大 ,剪力和弯矩相应减小 .桩 -土 -上部结构相互作用增加了结构的柔性 。

土-桩-结构振动台模型试验相似理论及其实施

通过分析动剪切模量G的表达形式及其相似比推导,发现由于影响土Gmax和G/Gmax-γ的因素较多,要确立土的剪切模量相似比并使土与桩-结构的模量和密度相似比同时匹配非常困难,即难以使土-桩-结构体系模型与原型之间做到完全相似。根据场地土的卓越周期是结构地震反应的主要因素,提出了采用土的卓越周期相似比设计模型土的方法,并实际应用于土-桩-结构振动台模型试验相似设计中。试验结果表明:应用土的卓越周期相似比设计模型土,保留了原场地土的主要特性,使模型与原型部分相似,这种方法应用在土-桩-结构振动台模型试验相似设计中是合理的。

考虑土-桩-结构相互作用的PHC管桩抗震性能试验研究

通过振动台模型试验,在考虑土-桩-结构相互作用的条件下研究PHC管桩的抗震性能。试验采用层状剪切土箱,装填黏土、粉土、砂土3种土体,分别安装单桩、三桩和六桩3个模型。对每个模型施加3种不同的地震波,5种不同的振动强度。结果表明:随着振动持续,各模型体系的自振频率降低,阻尼增大。随着震级增加,土-桩-结构间的相互作用影响加大,土体及土-桩-结构体系的非线性增强,且少桩体系的非线性性质要强于多桩体系。桩的数量和布置方式以及上部结构的变化均极大地影响着桩体应变和弯矩的大小及分布规律。三桩、六桩模型最大拉应变比单桩模型分别下降23%和66%,最大弯矩分别下降29%和70%,桩-土界面压力分别下降22%和32%。多桩体系的震动破坏程度也远弱于少桩体系。初步确定PHC管桩在高烈度地区的应用是可行的,值得进一步研究。

软土-桩-结构动力相互作用振动台模型试验研究

目的分析探讨软土-桩-结构动力相互作用的机理.方法通过软土-桩-结构相互作用体系和刚性地基上建筑结构两个振动台模型试验,研究了相互作用对结构的动力特性和地震反应的影响.结果通过振动台试验得到了软土-桩-结构相互作用体系和刚性地基上结构体系的自振周期、阻尼比、加速度反应和位移反应曲线等.结论结果表明,软土-桩-结构动力相互作用对结构的动力特性和地震反应有较大的影响:建筑结构自振频率减小,阻尼增大;在地震作用下,考虑相互作用的结构加速度、位移较基础固定的结构大.

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-3×3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。

土-桩-结构相互作用对大跨悬索桥动力特性的影响研究

本文以国内第一大跨桥梁———润扬长江公路大桥南汊悬索桥为研究对象,基于大型有限元分析软件ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,其中采用质量-弹簧体系模拟了土-桩-结构的相互作用。以此为基础对润扬悬索桥的自振特性进行了分析,重点研究了土-桩-结构相互作用因素对大跨悬索桥动力特性的影响,与现场动力测试结果的良好吻合表明了有限元分析结果的可靠性。研究结果为大桥的损伤预警和状态评估奠定了研究基础。

土-桩-结构动力相互作用理论研究综述

对地震下土-桩-结构相互作用的这一热点问题的理论研究作了系统总结.总结了土?桩?结构动力相互作用研究的发展过程,讨论了各种研究方法的特点及其适用范围,并针对某些理论研究思路及现状加以评述,可供此领域的研究工作者参考.

土-桩-结构系统运动方程的求解方法

土结构动力相互作用分析的子结构法中，土结构系统运动方程的刚度矩阵和阻尼矩阵与频率相关⒚工程中通常采用系统的基本频率来计算地基的动力阻抗以简化运动方程的求解⒚对于土桩结构系统，本文提出一种时域中的精确解法来考察这种近似解法的有效性⒚研究表明。

基于能力谱法的土-桩-结构相互作用分析

本文基于能力谱方法对天然地基上带群桩基础的高层框架结构进行了平面静力弹塑性分析。文中首先应用子结构原理,将群桩基础用一组弹簧来模拟,并用Davies方法确定群桩刚度,建立了土-桩-高层框架结构相互作用体系Pushover分析模型;在此基础上,分析了均匀分布方式和依各层质量与第一弹性振型乘积比例分布等两种侧向加载模式下土-桩-结构相互作用模型和刚性地基模型的结构各性能点的加速度谱值Sa和位移谱值Sd、以及基底剪力和顶点位移等,探讨了不同地震烈度(7度、8度和9度)下两种不同分析模型间的结果差异,得到了一些有应用价值的结果。

土-桩-结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

目前,有关土-结构动力相互作用问题的研究基本上多限于确定性的或平稳随机激励下的响应分析。文中基于某基岩加速度反应谱,利用文献[7]的方法求取基岩非平稳随机地震功率谱密度函数,采用有限元方法建立土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型,对在非平稳随机地震激励下土-桩-结构相互作用体系进行了反应分析。首先对三种不同场地条件下的土-桩-结构相互作用体系进行了动力特性分析;然后,对在非平稳随机地震激励下桩基承台的反应和自由场反应进行了比较,给出了结构的位移功率谱响应结果。

生态复合墙结构在土-桩-结构相互作用下竖向荷载受力性能分析

应用ANSYS10.0有限元程序建立了生态复合墙体有限元分析模型;建立弹簧单元模拟群桩基础,采用Davies方法确定桩的刚度;对生态复合墙结构在土-桩-结构相互作用下在竖向荷载下的轴力分配问题进行了数值计算分析。通过对大量的有限元分析数据应用分离变量的二维曲线拟合方法,建立了竖向荷载作用下生态复合墙体各构件轴力分配系数的实用设计计算公式。

生态复合墙结构在土-桩-结构相互作用下隔震设计研究分析

利用时程分析法对天然地基上带群桩基础的生态复合墙结构进行隔震设计研究分析。建立弹簧单元模拟群桩基础,采用Davies方法确定桩的刚度;利用SAP2000建立生态复合板隔震模型。用时程分析法进行地震反应分析,比较隔震结构和非隔震结构时程反应分析结果,并找到其中规律,为隔震设计提供设计依据。

土-桩-结构相互作用对砼自锚式悬索桥地震响应的影响研究

土-桩-结构相互作用是桥梁结构抗震研究中的难点,针对砼自锚式悬索桥进行土-桩-结构相互作用研究有助于该类结构的抗震设计及推广应用。文中利用有限元软件分别建立塔墩固结模型和考虑土-桩-结构相互作用模型,研究两种结构模型的动力特性和不同地震工况下的地震响应。结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,主塔振动主导和参与的振型频率减小;与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用模型的主梁弯矩和位移分布发生变化且响应幅值减小,主塔塔顶横桥向位移减小明显,塔底弯矩和剪力减小,主缆锚固端内力增幅减小,吊索力增幅在不同工况下有增有减,这类结构抗震设计时采用基础固结模型较保守。

倾斜场地非均匀土-桩-结构地震相互作用振动台试验与数值分析

为了研究地震作用下倾斜场地桩-土-结构的相互作用规律,以西南山区某固体废物处置场为例,采用分离相似设计方法和基于连续介质力学的离散元法,进行了群桩结构模型振动台试验与数值分析。通过输入不同幅值的地震波,探讨了整个体系动力响应、处置场单元位移、桩身动应力变化规律及处置场的整体稳定性。并得出如下结果:(1)岩土体是否饱和对模型结构体系的地震动力响应和体系内力影响较大,饱水后位移和内力均要大于饱水前,但体系最大位移在安全范围内;(2)体系的加速度放大效应主要产生在桩身部分,上部结构整体运动主要以平动为主;(3)桩身轴力沿桩深度呈先增大后减小的趋势,增至强风化带底部最大,整个桩身以受压为主;桩身剪力最大值发生在嵌固段下端,强风化带以上剪力幅值及变化均较小,饱水后桩身剪力自上而下逐渐增大;弯矩自桩顶以下呈先增大后减小,然后再反向增大的趋势,最大弯矩发生在2/3桩身周围;(4)处置场整体稳定,但1号~2号处置场桩基设计应加强,处置场下部斜坡应进行抗滑桩等措施进行加固;(5)本项研究可为倾斜场地非均匀土-桩基-结构体系设计计算提供参考。

地震作用下桩-土-核电结构相互作用的异步分析方法

为拓展核电厂的选址范围,有必要对非基岩场地桩基情形的核电结构进行地震安全性评估。在目前的桩-土-结构相互作用分析方法中,Winkler地基梁模型以及p-y法都将桩-土-结构相互作用问题进行了简化,难以反映复杂地基情形。整体有限元法可考虑复杂地基情形,但计算量较大,效率较低。本文基于高效的三维时域土-结构相互作用分区分析(Partitioned Analysis of Soil-Structure Interaction,PASSI)方法,实现桩基与土体分别采用不同时间步距的计算方法,避免土体采用桩基相对较小的时间步距而增加不必要的计算量。本文以AP1000核岛结构作为研究对象,建立了桩-土-核电结构相互作用的三维有限元模型并对其进行分析。通过输入脉冲波验证了该异步算法的有效性,并结合运动相互作用和惯性相互作用,分析了桩身最大剪力和最大弯矩的特点。分析了桩-土-核电结构在地震波输入下的响应。由于桩的自由度数相对于土体的自由度数可以忽略不计,采用桩-土异步算法时,桩附加的计算量可以忽略,这种高效方法有望用于大型核电结构的桩-土-结构动力相互作用分析中。

基于桩-土相互作用的软土地区结构抗震影响分析

从兰州市某医院的桩-土-结构耦合体系出发,使用有限元软件ABAQUS建立与该建筑所对应的桩-土-结构耦合的三维有限元模型,其中混凝土柱、梁、桩及土体皆使用实体单元(C3D8R)进行模拟,土体使用Drucker-Prager本构模型,桩土接触之间采用主从接触面法来模拟,通过对三种不同地基土工况的整体模型及仅考虑上部结构地基刚接模型进行模态分析与地震时程响应分析,研究了上述四种工况在3条地震波激励下的上部结构动力响应特征。计算结果表明:在考虑桩-土-结构相互作用后其模型自振周期均大于仅考虑上部结构刚接;随着土体弹性模量的降低,其自振周期会有所提升;框架结构的医院虽然楼层较低,但在考虑桩-土-结构相互作用后,对结构的地震响应表现出放大效应;其顶点加速度、顶点位移、层间位移角、基底剪力均大于仅考虑基底刚接;并且随着土体弹性模量的减少,土体的软化,其上部结构的地震响应均有不同程度的放大。

考虑桩-土-结构相互作用下的跨地铁隧道基坑和基础设计与分析

本项目为跨既有地铁隧道的高层建筑,通过对基坑及转换基础进行精细化的设计与分析,保证地铁隧道和高层建筑的安全。采用考虑桩、土、上部结构相互作用的m法建立整体模型,对不同的m值结果进行对比,得出桩和转换梁的合理内力进行设计;运用Midas/GTS软件分析基坑开挖和主体结构施工对跨下地铁隧道的影响,对比基坑底采用格构式加固和满堂式加固对地铁隧道隆起的影响,同时运用Midas/GTS软件对桩和转换梁进行有限元实体分析。研究表明,当m值较大时,对桩更为不利;当m值较小时,对转换梁更为不利;地层加固形式和开挖顺序对隧道的变形有一定影响,本项目格构式加固有效减少隧道隆起且经济性较优;整体模型有限元实体分析的结果与m法计算结果有一定可比性。

基于水平地震荷载下桩-土-框架结构动力响应分析

为研究在考虑地基-基础-上部结构相互作用时上部结构的地震响应问题,对桩-土-结构相互作用体系进行了三维有限元数值模拟,利用六弹簧模型简化处理桩基础,等代土弹簧模拟土体约束,结合通用有限元软件SAP2000,建立了水平地震作用下桩-土-框架结构的相互作用分析模型。以某一具体结构为研究对象,分析了上部结构在相互作用条件下的自振周期和水平位移,并与传统方法对比;同时研究了上部结构层数、地下室层数及土体刚度变化对上部结构地震响应的影响。通过比较分析,得出相关的结论,可为工程设计提供参考。