软岩地基斜锚-短桩复合基础水平承载性能研究

针对山区输电线路岩石地基斜锚-短桩复合基础这一新型基础型式,采用有限元方法构建并验证计算模型,并进一步以短桩的桩径及其嵌岩深度、斜锚长度、斜锚连接节点距地表深度为参数,开展嵌岩短桩及斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能对比研究。基于斜锚-短桩复合基础水平荷载-位移曲线初始弹性段、弹塑性过渡段和直线破坏段的三阶段变化特征,确定了各基础相应阶段的水平承载力。研究岩体及桩身截面混凝土应力分布特征、斜锚与短桩连接节点位置对斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能的影响规律,结果表明:斜锚与岩体间的黏结锚固作用可将基顶水平力转化为斜锚拉力,使水平荷载传递至斜锚周围及短桩桩端以下的岩体,进而有效提高斜锚-短桩复合基础水平承载性能。通过优化斜锚连接节点距地表深度,可减小桩径及其嵌岩深度同时满足相应基础抗水平承载力设计要求,从而有效降低基础施工难度,提高基础安全性。

剪力墙结构动力响应时程分析-考虑地基基础共同作用的框架

采用大型通用有限元软件ANSYS10.0分别建立考虑地基基础共同作用与刚性地基下的框架-剪力墙结构有限元模型,通过对两模型的模态分析与地震响应时程分析,可以得到两模型下的固有频率及上部结构的内力、应力、变形,并对它们进行对比分析。分析比较可知:刚性地基下,结构的动力特性较好,具有良好的自振特性;考虑共同作用,结构的内力、应力、变形较刚性地基下大。实际工程中应考虑地基基础与上部结构的相互影响,使结构安全、适用、经济。

基于三维有限元分析的某高层项目地基-基础-上部结构共同作用分析

依托孟加拉国某项目,系统性介绍了采用三维有限元方法进行考虑地基-基础-上部结构共同作用的分析实例。首先,采用数值模拟方法,对现场非后注浆常规单桩静载荷试验进行反演分析,探讨了通过控制桩侧接触面强度折减系数及桩端接触面刚度来模拟桩端后注浆技术对桩侧及桩端加固效应的可行性。然后,依据孟加拉国家建筑规范(BNBC-2020)荷载组合值,采用流-固耦合分析方法进行了考虑短期加载效应及长期固结效应的地基-基础-上部结构共同作用分析,重点分析了群桩基础基桩轴力及竖向位移分布模式、单桩及群桩的基桩刚度对比、单桩与群桩的沉降比、桩土荷载分担比以及长期固结效应对沉降和筏板应力的影响,分析结果表明:(1)群桩基础下基桩桩端承载力占比约10%,整体表现为摩擦型桩,基桩轴力及桩身竖向位移延桩轴向自桩顶至桩底均表现为近似梯形衰减的分布。(2)采用共同作用分析方法计算结果的群桩效应显著,考虑长期效应共同作用分析的平均群桩基桩刚度约为350MN/m,单桩与群桩分析的沉降比约为0.25。(3)考虑长期固结效应后,筏板下桩土发生应力重分布现象,群桩整体沉降最大值增长约20%,筏板压应力最大值增长约10%。地基-基础-上部结构共同作用分析,宜采用考虑长期固结效应的流固耦合有效应力参数进行计算,以考虑排水固结的过程,以得到更为准确的筏板内力及基桩反力。

层状地基—基础—框架相互作用系统的参数识别

提出了一种层状地基—基础—框架相互作用系统的参数识别方法。根据集中剪切型系数的运动特征 ,将层间刚度和阻尼从总体系统中分离出来 ,依据最小二乘识别法则 ,导出了层间刚度和阻尼这些层间参数识别的递推方程 ,以此为基础建立了地基—基础—框架相互作用系统的参数识别方法。并以人工模拟系统输入和输出的方法 ,对一位于三层粘性土上的框架结构系统 ,实施了参数识别的全过程。结果表明 ,所建立的系统参数识别方法 ,对识别初始值的要求较低 ,且具有良好的识别精度。

层状饱和地基-轨道-列车耦合系统轨道不平顺引起的振动分析

采用半解析方法研究了层状饱和地基-轨道-列车耦合系统的动力响应问题。层状饱和地基由任意水平饱和土层和下卧饱和半空间组成,轨道采用以无限长欧拉梁模拟的钢轨、连续质量块模拟的轨枕和Cosserat模型模拟的道砟组成的三层系统,列车模拟为弹簧和阻尼元件连接的多刚体系统。振动输入由钢轨的竖向不平顺提供。通过地基表面轨道中心处竖向位移与道砟位移相等实现层状饱和地基和轨道的耦合,通过在车轮与钢轨间引入Hertizian接触弹簧来实现轨道与列车的耦合,首先求得频率-波数域内解答,然后通过Fourier逆变换求得时间-空间域内振动响应。文中验证了方法的正确性,并进行了数值计算分析,研究表明钢轨不平顺引起的列车动荷载振动频率较低时,随着列车运行速度的增大地基表面位移幅值逐渐增大;振动频率较高时,列车运行速度对位移幅值峰值的影响不明显,但列车驶过后地基的振动明显增大,振动时间变长。

框架-剪力墙基础隔震结构的地震扭转反应

为了研究框架-剪力墙基础隔震结构的地震扭转反应,建立了地震作用下高层框架剪力墙基础隔震结构的平移-扭转耦联振动模型和运动方程,分析了单轴偏心基础隔震结构的平移-扭转耦联地震响应,并探讨了不同偏心率下隔震结构的地震反应.结果表明:在结构设计中应合理调整隔震结构上部结构和隔震层的偏心率.只有在上部结构和隔震层的偏心率满足一定关系的情况下,采用基础隔震才能明显减小结构的扭转反应.

地基-结构动力相互作用对基础隔震效果的影响

以多层基础隔震框架为研究对象,利用有限元分析方法,研究地基-结构相互作用效应对基础隔震结构隔震效果的影响。对考虑和不考虑SSI效应时隔震体系的动力特性和地震响应的差异进行对比,并对地基-结构相互作用效应各组成因素对隔震后地震响应的影响规律进行分析。分析结果表明,地基-结构相互作用效应对基础隔震结构存在影响,在工程设计中,隔震结构不应忽略地基-结构相互作用效应的影响。

考虑土-独立基础-结构相互作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

现有钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能分析大多采用刚性地基假定,未考虑土-结构相互作用的影响,而在实际地震中部分结构出现了"强梁弱柱"的失效情况,与以刚性地基假定分析的预期结果不一致。本文对某6层办公楼的一榀框架进行Pushover分析,探究了结构在刚性地基假定和考虑土-结构相互作用两种情况下的固有频率、顶点位移和塑性铰的产生和发展过程。结果表明,考虑土-结构相互作用后,RC框架结构自振周期变长,频率降低,结构顶点位移增大,结构底层柱铰增多;有效地再现了忽视土-结构相互作用而设计的框架结构在实际地震中出现"强梁弱柱"的情形,验证了在对结构进行Pushover分析时,考虑土-结构相互作用的必要性;并将动力时程分析与Pushover分析的结果进行对比,验证了Pushover分析的可行性和可信性。

基于有限元-解析法的层状地基中Rayleigh波高阶频散特性研究

层状地基中Rayleigh波(以下简称R波)携带有大量关于土层的重要信息,对工程建设有着重要的作用。基于有限元-解析法建立层状地基中R波在频率-波数域(f-k域)内的振动方程。根据工程中有限元的误差分析,确定了每个波长内薄层划分数目的下限值N。采用BISECTION算法快速、准确地搜索层状地基中R波特征方程的根,进而得到了各种常见地基中R波高阶模态的频散曲线,计算结果得到了解析法的支持。最后,将该方法所得到的频散曲线与数值仿真模拟和现场实测的频散曲线作了对比,结果表明:在f-k域内,有限元-解析法能有效地计算R波在层状地基中的频散曲线。

基于有限基础刚度的框架-剪力墙结构抗震设计

从框架-剪力墙结构协同工作基本微分方程入手,推导基于有限基础刚度的框架-剪力墙结构侧移刚度以及水平荷载作用下的侧移和内力计算方法。重点研究剪力墙下和框架柱下基础刚度对框架-剪力墙结构侧移刚度、最大层间相对水平位移及内力分布的影响规律,揭示现行规范对框架-剪力墙结构框架剪力调整的必要性。提出框架-剪力墙结构合适基础刚度的理念和确定方法,有利于进一步完善高层建筑抗震设计。分析结果和震害情况表明,剪力墙下基础刚度退化,框架-剪力墙结构在水平荷载作用下内力重分布显著,框架内力沿竖向分布有所增大,特别是底层框架柱剪力、弯矩急剧增大,应引起足够重视。

框架-剪力墙结构隔震参数的优化研究

文章针对框架-剪力墙结构进行了隔震参数的优化研究.由于框架和剪力墙的变形特性不相同,为了对上部结构进行更精准的分析,文章通过运用多质点分布参数体系,通过赋予框架和剪力墙对应的相关参数,探讨了框架-剪力墙结构在采用基础隔震的情况下其上部结构的变形特性,并给出了框架-剪力墙隔震体系上部结构框剪刚度比的优化意见.

某高烈度区高层框架-剪力墙结构基础隔震设计与分析

介绍了高烈度区某11层框架-剪力墙结构基础隔震设计的全过程。对隔震支座选型、上部结构水平向减震系数取值、扭转位移比控制、隔震层温度变形验算等进行了详细介绍,着重讨论了高烈度区高层结构水平向减震系数偏大、隔震层扭转位移比过大等难点问题的处理方法。通过对隔震结构模型与非隔震结构模型侧移模式进行对比分析,探讨了现行隔震结构降度设计方法存在地震作用分布不合理,导致(极)大震作用下结构底部存在薄弱层隐患的问题。通过PERFORM 3D软件对隔震结构进行了大震性能评估,证明结构基本满足大震可修的性能目标。

主裙楼不同连接方式对L型带裙房高层建筑结构-基础-地基共同作用影响研究

建立了某实际工程L形带裙房高层建筑三维分析模型,采用分层地基模型。引入缝连接单元。主要讨论了主裙房不同连接方式对结构的影响,连接处分别采用固结连接、铰接连接及主裙楼设沉降缝进行结构-桩筏基础-地基共同作用分析。研究表明:竖向荷载工况下,主楼与裙房之间设沉降缝的柱轴力要较另外两种小;而对于连接处的梁来说,主楼与裙房之间不设沉降缝时,以底层、顶层的梁受力最为不利。在设计时应注意加强其构造措施。主楼与裙房之间不设沉降缝时基础沉降量、主楼基础弯矩,倾斜较设缝时要大。常遇地震工况下固结连接与铰接连接的层间位移几乎相同,而设沉降缝的层间位移较它们要大。

水动力质量实效施加方法及地基-筒型基础-塔筒体系的地震敏感性研究

针对海上风电结构在有限元计算中水动附加质量的施加问题,提出了一种在ABAQUS软件中简便有效易于实现的方法,可以提高有限元分析的前处理效率;建立有限元模型,分析有、无考虑水动附加质量和不同边界条件对海上风电结构自振特性的影响,并从力学角度进行分析;利用有限元模拟地震动作用下的海上风电结构塔筒响应,并对水动附加质量和边界条件进行敏感性分析。通过数值计算并结合理论分析表明:提出的水动附加质量施加方法是合理实用的;水动附加质量的施加使得结构固有频率减小,且随着阶数增大,固有频率减小的绝对值增大;边界条件对体系的模态参数影响比水动附加质量更显著,黏弹性透射边界条件下计算得到结构体系的各阶频率较固定边界均有比较明显的减小;黏弹性透射边界模型在地震动作用下的位移响应比固定边界模型大。分析结果对此类海上风电工程具有借鉴意义。

往复荷载下层状地基柔性筏板-群桩共同作用分析

提出一种层状地基中柔性筏板-群桩共同作用分析方法,探讨筏板刚度对桩筏基础沉降的影响,并成功预测了往复荷载下桩筏基础的长期沉降。筏板刚度采用Mindlin板理论的有限单元法分析;桩-土体系的刚度矩阵中,桩顶面-桩顶面、桩顶面-土表面以及土表面-土表面的相互作用分析采用层状剪切位移法借助层状地基的Burmister位移解求得。基于层状地基中柔性筏板-群桩的沉降计算方法以及往复荷载下土体压缩模量的衰减特性得到了桩筏基础的长期沉降预测方法。与已有文献方法和离心模型试验结果的对比分析表明,柔性筏板-群桩共同作用方法得到的沉降值具有较高的精度。

土-相邻基础相互作用的地基刚度计算分析

为了研究相邻基础对地基刚度的影响,提出了地基刚度影响系数的概念,并运用三维弹性半空间内明德林解,推导出地基刚度影响系数的计算表达式,进而通过计算地基刚度影响系数分析了相邻基础存在时,两个基础之间净距、基础边长比值以及地基土特性对地基刚度的影响规律,并根据净距和边长比值划分了可不考虑相邻基础相互作用的范围。结果表明:(1)基础周围有相邻基础存在时,其地基刚度较不存在相邻基础的地基刚度有所提高;(2)相邻基础对地基刚度的影响随着两个基础之间净距的增加而减弱,随着边长比值的增加而增强,以及随着地基土泊松比的增加而增强;(3)黏土地基中相邻基础对地基刚度的影响较其他(如粉土地基)地基更显著;(4)当净距不小于基础边长15倍时,或者基础边长比值小于0.1时,可以不考虑相邻基础对地基刚度的影响,其他情况需根据净距和边长比值分析是否考虑相邻基础对地基刚度的影响。

某高层框架-剪力墙基础隔震结构地震响应分析

以某高层框架-剪力墙基础隔震建筑结构为研究对象,采用考虑隔震装置竖向拉、压刚度变化的弹塑性本构关系,以及上部混凝土框架-剪力墙结构采用弹性本构关系,建立非线性有限元分析模型,对模型结构进行动力时程分析,研究高层框架-剪力墙基础隔震结构的地震响应。分析结果表明:在设计地震作用下该隔震支座的非线性滞回特性符合支座设计基本要求,采用基础隔震技术后该高层结构的前几阶周期均有所延长,上部结构的加速度和层间位移角响应明显减少,隔震层能耗散部分的地震动输入能量,隔震技术能够有效降低高层框架-剪力墙结构的地震响应。

地基-基础隔震系统整体地震响应有限元分析

近几十年来,基础隔震技术逐渐被重视,得到了广泛的应用,并被纳入国家建筑抗震设计规范。但是在传统的理论分析中,对于基础隔震结构往往忽视土-结构动力相互作用对其隔震效果的影响。即使考虑地基的影响,也大都是采用弹簧和阻尼器(地基动刚度)代替。笔者运用ANSYS软件的二次开发功能,提出将结构、隔震层和地基结合起来作为一个完整系统分析,并对一叠层橡胶基础隔震7层钢筋混凝土框架结构在考虑土-结相互作用情况下,进行了整体地震响应有限元计算、比较、分析。结果表明进行地基-基础隔震系统整体地震响应有限元分析是完全可行的而且是必要的。

盾构隧道横向受力分析的框架-弹性铰-全周地基系统模型

盾构隧道衬砌结构由若干管片及其间的连接螺栓组装而成。在横向受力分析的工程设计中 ,目前普遍采用的是梁 弹簧系统模型。采用框架 弹性铰 全周地基系统模型来分析管片结构的横向受力响应 ,可以考虑接头对弯矩的消散作用和地基对结构的均匀连续的抗力 ,并计算了一个实例 。

考虑地基-基础相互作用的某筒仓弹塑性地震反应分析

对一装有煤粉的筒仓进行了三维弹塑性动力分析,首次考虑了基础、地基在地震过程中对筒仓动力特性的影响,给出了合理的计算模型,更加接近实际.