基于杆系单元法的基坑三排桩支护结构简化计算方法

三排桩作为一种新型支护结构,相较一般的支护形式具有较大的侧向刚度以及抗倾覆能力,因此在一些安全要求较高的基坑工程中已有应用,但因其缺乏系统的计算方法和理论研究,给工程设计和建设带来了一定的困扰。以双排桩中常用的桩土相互作用模型和土压力分配模型为切入点,结合现行技术规程,通过对三排桩的结构受力机理进行探讨分析,分别建立了三种针对三排桩的平面杆系有限元模型,结合具体的算例,对这三种模型的合理性加以验证,研究了不同模型下三排桩支护结构的内力与变形规律,并对这三种模型的适用范围进行了探讨,同时在规程模型和桁架模型两种桩土相互作用模型的基础上,研究了桩间土压缩性能对支护结构内力及其变形的影响,旨在为基坑三排桩的工程应用提供一定的参考。

近似解析解与杆系单元有限元耦合分析单桩沉降

在单桩沉降计算理论系统分析的基础上 ,提出杆系结构有限单元法与近似解析解相耦合的混合法 ,并编制计算程序SPSA2。采用双曲线模型 ,考虑桩身与桩周边界上的剪切滑移非线性。采用指数函数 ,模拟桩周介质的非均质性。提出LDBPs有效桩长的概念 ,系统分析有效桩长与桩顶容许变形的关系。

考虑摩擦效应时文克尔弹性地基上的杆系有限单元法

根据梁与地基之间的内力和变形协调关系推导出考虑摩擦效应时的文克尔弹性地基上杆系有限单元法的单 元刚度矩阵。计算分析表明:当地基比较坚硬且与梁的接触较为粗糙是时,摩擦效应将会较显著地减小结构 的内力与变形。

基坑悬臂支护桩双参数弹性地基杆系有限元法

对地基抗力双参数法在基坑悬臂支护桩位移和内力计算方面进行了探讨,即采用地基土抗力系数随深度按双参数非线性变化的假设,以弹性地基杆系单元模拟,支护桩则按弹性梁单元模拟。对某基坑悬臂支护桩进行数值模拟反分析表明,通过试算调整可获得适合于实际设计计算的地基抗力双参数,该法应用到福州市某基坑悬臂桩的实际分析和设计中获得了较为满意的结果,可供悬臂支护桩设计计算时参考。

静动力弹塑性分析的杆系离散单元计算理论研究

杆系离散单元法的现有研究成果均假定接触本构模型的切向弹簧仅用于描述剪力引起的纯剪切变形,这与弯曲梁理论下剪力引起的变形情况不相符。该文针对该问题重新定义了切向弹簧,并根据能量等效原理系统推导了不考虑或考虑剪切变形工况接触本构模型的切向接触刚度系数计算公式。在此基础上,提出了杆系离散单元精细塑性铰法以描述结构的塑性开展问题,推导了颗粒间的弹塑性接触本构模型。采用自编程序对两个大型网壳结构分别进行了静、动力弹塑性行为分析,验证了接触本构模型正确性和精细塑性铰法的适用性。该文将杆系离散单元法的基本计算理论系统化,并补充了杆系离散单元法的弹塑性计算理论,为结构静、动力分析提供了新思路。

基坑围护结构变形杆系有限单元法分析及有限元研究

基坑支护体系设计中,如何正确合理地预测围护结构的侧向水平位移非常重要。本文首先介绍了计算基坑围护结构侧向水平位移的杆系有限单元分析计算模型,并对合肥地铁二号线某车站的基坑支护体系标准段进行了分析。然后利用Plaxis 2D有限元软件建立了基坑开挖阶段支护体系的数值模型,并分别使用摩尔-库伦(MC)本构模型和Hardening-soil(HS)本构对土体进行模拟,对基坑围护桩的侧向水平位移进行了分析。最后将杆系有限单元计算结果及Plaxis数值计算结果与现场实测结果进行了对比分析。本文研究表明,当Plaxis数值模型采用HS本构模型模拟土体时,能够较为准确的预测基坑围护结构侧向水平位移;而采用杆系有限单元法预测基坑围护结构侧向水平位移时,结果较为保守。

直接法推导考虑滑移及剪切变形的组合梁单元

本文回顾了已有分析组合梁的杆系单元模型,采用直接法推导了考虑接合界面滑移及剪切变形的两节点8自由度组合梁单元。单元模型简单明确,可方便的用于组合梁设计中各种参数调整计算。同时,基于此种单元可进一步考虑混凝土板收缩、徐变、预应力效应及组合截面温差效应。

基于板壳单元的箱梁桥空间应力分析

采用8节点40自由度实体退化板壳单元编制有限元软件,对预应力混凝土箱梁桥进行空间应力分析。以某(80+150+80)m预应力混凝土连续刚构桥为例,对采用板壳单元与采用杆系单元计算预应力混凝土箱梁桥空间应力的结果进行对比、分析,板壳单元程序分析结果表明截面最大主拉应力主要出现在箱梁顶、底板与腹板交界处以及底板横向跨中附近;建议活载正应力放大系数一般可以取1.15,部分位置可取1.2～1.6,活载剪应力放大系数一般可取1.5～1.8。

基于杆系离散单元法的单层网壳结构屈曲行为研究

离散单元法因适合处理大位移、非线性和非连续等问题而逐渐被应用于结构工程中,但采用离散单元法进行结构屈曲全过程分析还有待研究。为此,基于杆系离散单元法的基本理论和计算方法,提出离散元力控制法及离散元位移控制法,研究上述方法在结构弹性屈曲全过程分析中的特点及适用性,同时给出离散元位移控制法(力控制法不需要单独处理)对不同荷载工况的处理方法及离散元法在进行结构弹性屈曲分析时的计算流程。采用Fortran语言自编程序,对典型算例进行弹性屈曲全过程分析,与传统方法相比,该方法无需组集刚度矩阵,对几何非线性问题不需特殊处理即可模拟结构的屈曲行为,更具优越性,并通过结果对比,验证了离散单元法在单层网壳结构弹性失稳全过程分析中的有效性。

双翼鱼刺型振动模型基础研究

介绍了将平面框架结构简化为双翼鱼刺型振动模型的方法。为了证实该模型的有效性,分别利用反弯点法、D值法、双翼鱼刺型振动模型方法设定多质点系刚度矩阵,对算例结构进行地震响应时程分析;并利用杆系单元有限元的方法,自编电算程序,对算例结构进行地震响应时程分析。最后,对上面几种方法的结果进行比较。结果表明,利用双翼鱼刺型振动模型设定结构刚度矩阵K后计算得出的地震响应值和利用杆系单元有限元方法计算出的结果比较一致。

收进节点变截面柱的有限元计算分析

由于普通结构设计软件无法实现超高层向内错位变截面柱节点细化的计算分析,为解决这一问题,通过采用ANSYS计算程序,针对整体结构进行静态和模态分析,并与TBSA程序计算结果进行比较,同时提取收进节点处上层柱的内力,将其施加于收进节点的实体模型,进行了精细的有限元计算分析;检验收进节点实体模型内部应力是否满足强度要求,验证结构设计时收进节点配筋和选型的合理性。结果表明,ANSYS计算程序能够准确完成普通的结构设计软件无法完成的复杂的结构模型的细化的有限元分析。

多层地基中水平荷载桩计算m法的两种数值解

针对现行多层地基中水平荷载桩计算m法存在的问题,提出了按实际成层地基抗力系数采用有限差分法和弹性地基杆系有限单元法计算桩身位移和内力的方法,编制了全桩位移、内力计算和图形处理程序。实例计算表明:两种数值计算方法所得结果相当一致,且较现行换算地基系数法有更高的计算精度和计算效率,故两种方法均可直接应用于多层地基中水平荷载桩的设计计算与分析。

抛物线分布荷载推力桩双参数法的2种数值解

为适应抛物线分布荷载推力桩的设计和计算的需要,提出和探讨地基水平抗力系数按双参数模式表达下桩身位移和内力计算的有限差分法和弹性地基杆系有限单元法。编制全桩位移、内力计算和图形处理有限差分程序。实例计算结果表明,2种数值计算方法所得结果相当一致。根据试桩实测资料试算确定地基抗力双参数后,二者即可高效而可靠地对承受抛物线分布荷载推力桩进行设计计算与分析。

分离式基础柔性防撞装置结构分析方法比选

采用杆系单元、实体单元对宜昌夷陵长江大桥防撞装置结构进行有限元分析,并与m法计算的水平位移及作用效应进行对比。结果表明,杆系单元的计算结果与实体单元的计算结果相差很小,并且建模过程简单快捷;m法的计算结果与有限元的相差较大,且计算过程繁琐;研究结果可为类似柔性防撞结构分析以及设计提供参考。

部分斜拉预应力混凝土组合桥梁裂缝成因分析

预应力结构中出现裂缝一直困扰着桥梁工程技术人员。本文引用某工程实例中出现的裂缝病害,利用MIDAS空间三维杆系单元,分析该桥在施工工况和使用工况作用下的受力情况,并分析对比该桥塔下双支座之一的约束方向摆放错误对整体结构和细部构件造成的影响。本文得出的结论是,设计时的不足和施工中的错误综合造成了该桥严重病害的局面。本文的分析结果为该项目的后续改造提供了依据,本文的裂缝分析方法也为今后相关项目的病害预防和成因分析提供了参考。

铁路简支箱梁扭转变形性能分析

混凝土简支箱梁在工程上得到了广泛应用,畸变与扭转对薄壁箱梁产生不利的影响。为研究铁路简支箱梁在畸变与扭转作用下的变形特征,利用杆系单元与实体单元建模,分别对铁路简支箱梁的3种梁型在偏载荷载作用下进行数值求解,得到其单线ZK活载工况以及偏载试验工况下的扭转变形,与偏载试验所得到的数据进行对比。采用材料力学公式法、乌曼斯基第二理论解析法,分析杆系单元、实体单元在偏载荷载作用下所表现的扭转变形差异,得到最佳的三维建模方式。研究结果表明,利用杆系单元建模分析结果与实际相差较大,实体单元更接近于实际,约束扭转中翘曲正应力对跨中最大扭转角的影响很大,利用实体单元模拟偏载试验更为恰当。研究结果可为简支梁设计偏载试验时合理模拟运营过程中的单线列车荷载提供理论参考。

错位变截面柱节点的细化计算

由于普通结构设计软件无法实现超高层向内错位变截面柱节点的细化计算,为解决这一问题,通过采用ANSYS计算程序,针对整体结构进行静态和模态分析,并与TBSA程序计算结果进行比较,同时提取错位节点处上层柱的内力,将其施加于错位节点的实体模型,进行了精细的有限元计算;检验错位节点实体模型内部应力是否满足强度要求,验证结构设计时错位节点配筋和选型的合理性。结果表明,AN-SYS计算程序能够准确完成普通的结构设计软件无法完成的复杂的结构模型的细化的有限元分析。

非对称荷载单层对撑基坑计算方法研究

支护桩(墙)加内支撑作为基坑支护的一种重要型式,已经被基坑支护工程广泛采用。但是,由于基坑所处地质条件、周围环境和土方开挖的复杂性,给基坑支护体系的精准设计计算带来障碍。对非对称荷载作用下的单层内支撑支护设计计算方法进行了探讨。首先,基于极限土压力法分析了单层内支撑与支护桩支点铰接和固结条件下的不动点调整系数的差异性;其次,利用杆系有限单元法分析了基于位移土压力和基于《规程》给出的主动土压力这两种土压力方法计算的桩身位移、弯矩和剪力的差异性。由于非对称荷载作用于基坑支护体系,引起荷载大小侧支护桩桩身位移不同,导致荷载大小侧支护桩受到的土压力也不同,大小侧支护桩桩身内力存在较大差异现象应引起重视。提出的不动点调整系数计算方法和位移土压力计算支护桩受到的土压力计算方法更为合理。

Numerical experimental study on optimum design of anchorage system for Xiashu loess slope

In FLAC ^(3D),cable element or modified pile element can be used to build slope anchoring model.However,the difference between the two structural elements and their influence on the calculation results have not been studied in depth.In order to solve this problem,the Xiashu loess slope anchoring models based on cable element and modified pile element were constructed respectively.A variety of anchoring schemes were designed by orthogonal experiment method,and then they were brought into the model for calculation and the calculation results were analyzed by range analysis and variance analysis.The results show that the modified pile element can bear the bending moment and reflect the strain softening property of the grout.From the perspective of slope safety factor,the anchorage length and anchor bolt spacing are the main factors affecting the stability of the slope,and the anchorage angle is the secondary factor.The grout in cable element is assumed to be an elastic-perfectly plastic material,so the safety factor of the slope can be significantly increased by increasing the length of the anchor bolts.This will bring potential risks to the slope treatment project.Therefore,in the calculation of the slope anchoring model,the modified pile element is more suitable for simulating the anchor bolt.