成层地基中倾斜荷载桩改进有限杆单元法研究

传统有限杆单元法不能考虑倾斜偏心荷载下基桩的P-Δ效应,假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,导得具有简洁形式、计入P-Δ效应的杆单元刚度方程,进而得到改进的有限杆单元方法,并给列出了用该法进行成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向分散集中荷载综合作用下并考虑桩身倾斜影响基桩内力位移分析的具体计算步骤。结合某工程实例,对上述方法进行了验证。最后对影响倾斜荷载桩的主要因素如埋深、桩材、基桩自由长度、桩身倾斜度、竖向荷载偏心矩以及荷载倾角等对基桩受力特性影响进行了分析,获得了一些定性的结论。

基于有限杆单元法的陡坡基桩非线性分析

根据陡坡段桥梁基桩承载特性,提出了一种可考虑桩土非线性作用的基桩内力与位移分析有限杆单元方法。首先,基于单元划分结果,结合桩侧摩阻力和坡体侧向推力的分布规律,得到了相应的等效结点荷载向量表示方法;其次,在线弹性地基反力法的基础上,引入p-y曲线开展了桩周土抗力非线性分析,并结合桩身P-(35)效应(P为桩顶轴向荷载,(35)为桩顶水平位移)计算方法给出了单元刚度矩阵修正方法,进而提出了适用于基桩内力位移非线性分析的有限杆单元法并编制了MATLAB计算程序;最后,结合某工程实例,将计算结果与工程实测值及已有理论值进行对比。结果表明:考虑桩土非线性作用的计算方法是合理的;当桩身具有自由段时,P-(35)效应对基桩内力位移的影响较大,在实际工程设计中不可忽视。

单排抗滑桩随机有限杆单元法计算的分析与研究

文章对桩前土体需要开挖情形下的随机有限杆单元法给出了新的详细的计算公式。由于滑坡和稳定体常为碎石土和风化的软岩,不适宜用静力触探研究相关范围(土性的自相关性),因此本文用旁压试验m值对相关范围进行研究和计算。根据所作的大量抗滑桩并参照已有的研究成果(如Meyerhof的研究成果),建议抗滑桩的可靠度与工程结构的可靠度取值同(即一级结构[β]=3.7、二级结构[β]=3.2、三级结构[β]=2.7)。这样处理,钢筋混凝土结构的许多成果均可移植到钢筋混凝土抗滑桩中。侧向地基系数Ch(p=b1mxy=b1Chy)为与土性及埋深有关的量,本文给出了用旁压试验推求m值的两种计算公式。

应用压力杆单元法分析管底弯矩系数的变化规律

采用压力杆单元法确定地下管道的应力分布，并将管道内边界的应力数值与光弹性实验结果进行比较，说明该种方法在工程中具有重要的应用价值应用此方法对地下管道管底弯矩系数随周围介质弹性模量及砂石垫层包角的改变而变化的规律进行了分析。

基于有限杆单元法的斜桩受力变形分析

为探讨斜桩基础受力变形分析的理论计算方法,首先,在现有斜桩研究的基础上总结斜桩承载机制及其受力变形特性;提出斜桩简化力学模型,并假定桩顶倾斜荷载沿桩体轴向及其垂直方向分解,进而提出地基反力确定方法并推导其控制微分方程;其次,对传统有限杆单元进行改进,以考虑二阶效应及桩-土相互作用的影响,并以MATLAB为平台编制求解程序用于斜桩基础受力变形分析;最后,引入模型试验与现场试验,通过对比理论计算结果与试验实测值,验证改进有限杆单元方法用于斜桩受力变形分析的可行性,总结出一些规律性的结论。以上分析可为斜桩工程设计提供参考,具有一定的理论及工程价值。

拱坝应力分析的曲杆单元法

曲杆单元法将拱坝分离成空间刚架结构,将曲杆作为计算基本单元。通过单元及荷载分析,得出结构的总体刚度方程,并提出了求解应力的方法。计算考虑了影响拱坝结构作用的各种主要因素,包括五个结点位移分量。地基变形按F.vot方法计算,并用对角元叠加法进行支座处理。同时考虑了温度变形及泊桑比的影响。计算程序对计算机内存数量要求不高,文中给出了计算实例,并与现在使用的程序的计算结果进行了对比、分析。

基于有限杆单元法的陡坡段桥梁基桩受力分析

为了对山区高陡边坡桥梁桩基进行合理分析,提出了一种改进有限杆单元法。首先,对通用杆系有限单元法的单元刚度矩阵进行修正,以综合考虑"P-Δ"效应及桩土相互作用对桩身内力和位移的影响。在此基础上,根据陡坡段基桩不同特征段的受力变形特点,将基桩划分为自由段、受荷段和嵌固段,并对桩身荷载及边界条件进行处理,建立了适用于高陡边坡桥梁桩基内力位移分析的改进有限杆单元法,并以MATLAB为平台编制了相应的计算程序。最后,结合某工程实例,重点分析了剩余下滑力大小、桩顶荷载形式等因素对基桩内力及位移的影响。研究结果表明:理论计算值与室内模型试验的实测结果吻合较好,最大相对误差在10%以内,表明该方法正确、可行;高陡边坡条件下桥梁基桩桩顶荷载对桩身内力有显著影响,"P-Δ"效应明显,在实际工程中应对其予以考虑。

深基坑双排支护桩随机有限杆单元法的计算研究

将双排支护桩当作框架结构考虑,提出了新的m法理论,将坑底以上前后排桩土产生的作用在前排桩坑底以下桩后的土压力及单排桩坑底以下桩后的土压力考虑在桩的受力中。双排桩及单排桩受到的土压力为位移、排桩净距和土性指标等的函数。用室内模型试验、新的m法理论及双排桩随机有限杆单元法得出:桩顶连梁与桩的刚度比达到一定值时,再继续增加连梁刚度无意义;按照公路铁路规范确定的排桩间不相互影响的排桩净距值偏于保守。跟上部结构一样,岩土概率法的发展方向不可逆转。

斜坡桩水平循环特性模型试验及有限杆单元解

为了揭示斜坡效应和循环弱化效应共同影响下的斜坡桩水平循环特性,进行了不同循环次数、荷载幅值及坡度下的单向水平循环加载试验,并将水平静载试验作为对照,揭示了桩顶位移、桩身弯矩及地基反力等变化规律。综合考虑二阶效应及桩-土相互作用的影响,对单元刚度矩阵进行了改进,提出了有限杆单元解。将理论预测曲线等与实测曲线及幂级数法计算结果进行了对比,验证了有限杆单元解的合理性。结果表明:桩身弯矩及位移均随循环次数非线性增加,最大弯矩位置逐渐从无量纲深度z_(α)=1.25下移到z_(α)=1.75;桩顶无量纲位移y_(0,α)与循环次数n之间的关系符合幂函数y_(0,α)=An^(0.11);当荷载幅值由20 N增加到40 N时,最大无量纲弯矩由0.010增加到0.029,位置均保持在z_(α)=1.7附近;当坡度由30°增加到60°时,最大无量纲弯矩由0.011(z_(α)=1)增加到0.025(z_(α)=2.5)。

地震条件下抗滑桩桩前存在开挖的动力有限杆单元法研究

采用有限杆单元法理论、多质点有阻尼体系动力反应的振型叠加法理论、Rayleigh阻尼理论对地震作用下抗滑桩桩前存在开挖条件的振动时程进行了计算,分析了抗滑桩桩身弯矩以及桩顶位移。此外,进行了抗滑桩动力离心机模型试验,得到桩身弯矩以及桩顶位移,并与理论计算的结果进行了对比验证。揭示了抗滑桩在强震作用下桩前存在开挖时桩身弯矩的地震反应特征,可为地震作用下的抗滑桩设计提供依据。

地震条件下抗滑桩有限杆单元时程法与离心机模型试验研究

地震条件下抗滑桩计算主要是基于岩土体动力应力应变关系的数值法和拟静力法,前者误差很大,后者不能考虑地震的时程作用。采用弹性地基梁理论、有限杆单元法(矩阵位移法)理论、多质点有阻尼体系动力反应的振型叠加法理论和Reyleigh阻尼理论,提出一种抗滑桩计算方法,用于地震条件下抗滑桩时程法分析计算,并给出了地基系数的比例系数的计算公式。最后,在浙江大学ZJU-400土工振动离心机上进行了模型试验,实测值与计算值相吻合,验证了方法的正确性。该方法为地震条件下抗滑桩时程法提供了一种有效的计算方法,对工程实践具有一定的应用前景。

双排抗滑桩有限杆单元计算方法研究

采用相关公式推导了考虑桩土相互作用与两者协调变形的刚度矩阵,该矩阵由桩身单元的刚度矩阵与考虑桩土相互作用的单元刚度矩阵两者叠加而成。利用有限杆单元法求解桩身每个单元节点的位移和转角,最终求解出桩身各单元的剪力和弯矩。同时,建立了双排抗滑桩的受力模型,也利用有限杆单元法对建立的双排抗滑桩模型进行求解。

锚拉抗滑桩有限杆单元计算及最优锚拉力研究

针对工程滑坡中岩土性质的具体情况,假定地基系数满足线性增长规律,考虑桩身自重的影响,得出斜向锚索荷载、滑坡推力以及锚固段抗力共同作用下的抗滑桩计算分析的有限杆单元分析计算方法。结合具体实例,对上述方法进行了验证,同时探讨了在无预应力锚索和不同锚索力作用下抗滑桩的受力特性。分析结果表明,预应力锚索的使用对抗滑桩的受力状况有较大的改善,并且施加于锚索上的预应力为0.3倍剩余下滑力时,抗滑桩的受力最合理。

基于综合刚度原理的陡坡基桩有限杆单元分析

为分析陡坡段桥梁基桩内力及变形特性,提出一种有限杆单元计算方法。首先,基于综合刚度原理并引入双参数地基模型,建立适用于陡坡基桩内力计算分析的修正有限杆单元刚度方程;在此基础上结合杆系结构受力特征,提出考虑P-Δ效应的杆单元修正矩阵;最后,根据有限杆单元计算原理,基于MATLAB平台编制计算程序,并对某工程实例进行分析。计算结果显示:改进有限杆单元方法可行且具有较高的精度;陡坡段桥梁基桩P-Δ效应显著,应在设计计算中予以考虑;在浅层地基土抗力计算中双参数地基模型较m法精度更高。

双参数层状地基中水平动荷载和扭转振动组合作用下受荷桩受力变形分析

为了更准确地分析桩顶在承受水平动荷载H(t)和扭转振动T(t)组合荷载作用下的受力变形特性,基于Pasternak模型,考虑多向荷载间的相互作用,建立层状地基中H(t)-T(t)受荷桩简化分析模型。利用有限杆单元法推导出桩身内力位移数值解,并与已有相关理论解、模型试验和有限元模拟结果进行对比验证。参数分析表明:(1)与Winkler模型计算结果相比,考虑土体剪切效应后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别减小了11.8%和10.5%。(2)增大外荷载无量纲频率可减小桩身水平位移和弯矩,但同时会减小H(t)-T(t)耦合刚度。(3)在层状地基中,表层土对桩身内力位移的影响最大,且存在临界影响深度,表层硬土的临界影响厚度是表层软土临界影响厚度的3.5~6.5倍。(4)采用杆单元模型可减少单元划分数量和计算时间,有效提高计算效率。

滑坡面下双排抗滑结构的计算方法研究

将道路桥梁水平受力多排桩计算的结构力学方法引入到双排抗滑结构的计算中。与其不同的是,滑动面以上存在滑坡体,而桥梁的最大冲刷线以上没有考虑这种土体的存在对滑动面以下m法的影响。提出了滑动面以下考虑滑坡体存在的两种新的m法,还对滑动面以上排桩间土体作用在前后排桩的土压力进行了试验和理论分析,给出了计算公式。同时,用有限杆单元法,对双排桩的连梁刚度和用文中提出的方法以桩梁连接方式进行了试验和理论分析得出如下结论:在满足不相互影响排桩间距的情况下,桩顶连梁与桩的刚度比不小于0.48是合适的,此时再增加连梁刚度无意义;桩梁连接为铰结时双排桩受力变形性质最差,刚结时受力变形性质最好;不论是单排桩还是双排桩,桩前(单排桩)和前排桩桩前(双排桩)土体需要开挖时应慎重,因为这种开挖对支护结构影响很大,造价增加很多;双排桩省钱,而且抵抗变形的能力强,值得在工程中研究和广泛应用。

滑坡体桩锚支护的计算方法研究

给出了单排单锚抗滑桩的一种新的更可靠的计算方法,即新地基系数法,在此基础上给出了一种新的有限杆单元法。提出了一种按照锚索围岩类别估算锚索刚度的近似方法,可在初步设计时使用。

斜拉索特征参数计算方法比较分析

分析计算斜拉索特征参数的等效弹性模量法、多段杆单元法和悬链线索单元法基本原理,通过算例验证不同计算方法的准确性,得出不同计算方法的适用条件,便于工程应用。

近海复杂环境下的H-M-T受荷桩内力位移分析

为探讨近海复杂恶劣环境(台风超强风力、车辆冲击力或地震产生的复杂力等)下水平力H、弯矩M及扭矩T共同作用时的基桩桩身内力变形特性,基于传统有限杆单元法思想,获得了H-M-T受荷桩的基本单元刚度矩阵。然后,基于m法考虑桩周地基土的侧向约束作用,并计入H-M-T耦合效应,采用凝聚方法导得了具有简洁统一形式的桩身杆单元刚度矩阵,由此建立水平力、弯矩和扭矩组合作用下的桩身内力位移有限杆单元法计算模型,进而采用MATLAB编制出相应的分析计算程序。最后,结合近海工程算例进行了分析。结果表明:1文中提出的改进有限杆单元法能考虑桩周地基土的分层特性、不同边界条件及H-M-T的耦合效应;2相比单一考虑水平受荷,扭矩的存在加大了桩身的位移和内力;3H-M-T复杂受荷模式下,荷载传递存在有效传递深度,当相对深度z/L超过0.5后,桩身弯矩和剪力趋近于零,而扭矩显著减小。

剪切变形对基桩P-Δ效应的影响

给出了小剪切变形下的基桩P-Δ效应和大剪切变形下支座P-Δ效应计算的杆单元刚度矩阵方程。假定杆单元弯曲变形位移函数为三次幂函数,剪切变形函数为线性函数,根据有限元法一般原理,推导了一种同时计入竖向力径向剪切分力剪切变形和水平力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程,推导了一种仅计入竖向力径向剪切分力剪切变形而忽略水平力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程,推导了一种仅计入水平力剪切变形而忽略竖向力径向剪切分力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程。计入水平力剪切变形而忽略竖向力径向剪切分力剪切变形的P-Δ效应杆单元可良好的模拟支座在大剪切变形下的偏心工作特性,能实时计入其偏心弯矩影响,为实时计入支座偏心特性的结构动静力分析提供了理论支撑。最后通过自编MATLAB程序进行算例分析,结果表明,计入支座大剪切变下的P-Δ效应后,基桩内力位移和地基土压力均显著增大。基桩自身剪切变形对桩身内力位移和地基土压力影响较小,可以忽略。