桩-土动力相互作用分析模型的对比分析

本文对常用的刚结模型、铰结模型、接触模型、简化模型和弹簧模型五种桩-土动力相互作用分析模型进行了对比研究,分析发现:不同的分析模型有不同的适用范围,在桩-土动力相互作用分析时应根据所关心的问题选用不同的分析模型。本文给出了选择模型的建议,一般优先采用接触模型,次优为铰结模型。

非道路车辆轮胎-土壤相互作用建模方法及试验技术综述

轮胎-土壤相互作用研究是非道路车辆地面力学发展的重要基础,其中轮胎-土壤试验技术和轮胎建模方法对非道路车辆驱动系统设计、驱动算法开发以及整车牵引性能评估均具有重要意义。为明确非道路车辆轮胎-土壤相互作用研究中轮胎建模方法与试验技术的未来发展方向,该研究首先概述了国内外轮胎-土壤相互作用研究中所涉及的核心试验技术,包括土壤力学性能试验和室内单轮土槽试验,然后重点总结了轮胎-土壤相互作用的轮胎模型建立方法,将现有轮胎建模方法归纳为经验建模、数值建模和半经验建模,剖析比较了三种建模方法的优缺点和适用场景,并就每种建模方法列举了若干应用实例。最后,结合智能传感、智能测量、机器学习、整车协同等先进领域最新进展,提出了轮胎-土壤相互作用下轮胎建模方法和试验技术的未来研究重点与发展方向,以期为非道路车辆轮胎-土壤相互作用研究提供理论依据和技术参考。

人-结构竖向相互作用两类简化模型分析

基于质量-刚度-阻尼(mass-spring-damper,MSD)和质量-刚度-阻尼-附加质量(mass-spring-damper-rigid mass,MMSD)两类简化分析模型,采用正则化结构振型函数建立简化的人-结构竖向相互作用动力方程.针对具有非比例阻尼特性的动力方程,采用状态空间法求解耦合系统瞬时频率和阻尼比,讨论两种耦合动力方程的区别以及结构在人行荷载作用下频率和阻尼比的变化规律,分析人-结构耦合状态下结构加速度响应的差异.结果表明:考虑人-结构竖向相互作用时,两类动力方程的结构阻尼比显著增大,结构瞬时频率略有减小,瞬时阻尼比峰值平均提高31.67%,瞬时频率峰值平均仅减小0.29%;结构人致振动分析时应考虑人-结构竖向相互作用;MSD和MMSD两种模型分析情况下,结构动力响应差异很小,均方根加速度值的差异仅为0.34%.

简化桩模型在土-结构相互作用分析中的应用

采用简化桩模型和多分段杆单元模型来模拟独立桩承框架结构.对一幢七层独立桩承钢筋混凝土框架结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的结构自振特性对比分析.然后依次输入9条地震波加速度记录,对结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的地震反应时程分析.由大量的数值分析结果总结了土-结构相互作用对结构地震反应的影响规律,并用算例对部分结论进行验证.

土-结动力相互作用研究综述(Ⅱ)——简化分析模型

详细地分析了国内外关于土－ 结动力相互作用近二十种简化分析模型， 引入考虑土－ 结动力相互作用效应的平面和空间杆系模型。

管-土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析

为了分析北京地区粉质黏土场地中管-土相互作用土弹簧模型参数,进行了一系列管土相互作用试验。由于人力、经费、场地等原因,模型箱尺寸无法取到无限大,模型箱的尺寸效应有可能使试验数据出现一定偏差。为了检验已开展模型试验结果的可靠性,基于ABAQUS有限元软件进行了数值仿真,探讨了土体的破坏模式,研究了管-土相互作用试验的尺寸效应,并得到如下结论:土体破坏模式可分为深埋和浅埋两种破坏模式;模型箱下方和后方边界对试验结果影响较小,当深径比大于6时,前方边界开始对试验结果产生影响。最后,分析和修正了试验结果并对类似试验中的模型箱尺寸选取给出了建议。

均匀土-桩基-结构相互作用体系的计算分析

本文以结构 -地基动力相互作用振动台模型试验为基础 ,结合通用有限元软件ANSYS ,对均匀土 -桩基 -结构动力相互作用体系进行了三维有限元分析。计算中土体采用等效线性模型 ,利用面-面接触单元考虑土体与结构交界面的状态非线性 ,计算与试验得出的规律基本一致。桩基与土体间发生了脱开再闭合和滑移现象。桩身应变幅值分布呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布 ,角桩的应变幅值较大 ,边排中桩和中桩的应变幅值较小。桩土接触压力幅值呈桩顶小、桩尖大的三角形分布。在沿振动方向的三排桩中 ,边排桩的滑移比中排桩的滑移量大。通过计算分析与试验的对照研究 ,验证了采用的计算模型与分析方法的合理性 ,为结构

软土运动作用下被动桩桩-土水平相互作用的三维有限元分析

运用ANSYS软件对软土运动作用下的桩-土相互作用的桩基础进行三维有限元分析,以DP材料来模拟土体的弹塑性性质,并考虑其大变形的影响,在桩-土间设置接触单元研究桩-土的相互作用,分析了软土层厚度和基桩数目对桩上侧向压力的影响,并比较了群桩中各桩基上侧向压力分布情况。结果表明:软土在局部堆载作用下产生了较大水平变形,桩上的侧向压力也较大;由于群桩中的"遮挡"和土拱效应,各基桩受到的侧向压力荷载并不相同,在被动桩的设计中应考虑这些因素的影响。

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。

半车车辆-道路耦合动力分析模型的研究与应用

在不平整路面上行驶的车辆会产生道路与车辆的耦合振动.为简化分析,先将车辆和道路视为两个子系统,然后再耦合为一个整体系统.车辆采用1/2车辆4自由度模型,道路采用弹性多层体系有限元模型,通过轮胎与路面的位移相容条件,建立车辆-道路整体耦合动力分析模型,推导出了系统的动力平衡方程组,并探讨了方程组的解耦方法,提出了反映车辆运行品质和道路设计参数的理论计算指标,为车-路耦合动力分析的深入研究,以及系统研究道路结构设计参数与车辆运行品质的相互关系提供理论基础和求解依据.此外,通过解耦和编程分析,还对沥青路面和水泥混凝土路面两种典型路面结构的运行品质指标进行了分析和评判,以期为不同路面结构设计和分析提供参考.

地下爆炸波作用下基底滑移隔震建筑-土-隧道相互作用的动力分析

采用子结构耦合法对由隧道及其周围的有限土体、远场半无限土体以及上部基底滑移隔震建筑等三部分构成的体系在隧道内发生意外爆炸时的弹塑性动力响应进行了数值分析;在基底滑移隔震分析中,提出了修正的连续摩擦力模型以取代传统的库仑摩擦力模型,避免了计算过程中跟踪啮合滑移的过渡边界从而可降低计算误差。通过与 Lysmer 透射边界法和修正阻尼透射边界法的数值结果对比分析,验证了本文方法的有效性,其数值结果揭示了在遭受地下爆炸波作用并考虑土-结构相互作用的基底滑移隔震建筑动力响应的内在规律,从而为深入的理论研究与工程实践提供了重要的依据。

考虑地基-结构-散粒体相互作用时贮仓结构的静、动力研究[Ⅱ]——有限元分析

对贮仓结构的静、动力问题进行了系统的分析计算 :考虑到地基 结构 散粒体间的相互作用 ,引入新的计算模式 ,对不同地基上的贮仓结构模型进行了系统的有限元静、动力分析计算 ,并与作者所完成的试验结果进行了比较。结果表明 。

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-桥相互作用的集中质量模型的比较研究

在进行桥梁抗震分析中 ,为了得到较为符合实际情况的桩基础的地震反应分析结果 ,必须考虑土和结构的相互作用。集中质量模型是群桩基础抗震计算中广泛采用的简化计算模型。本文以此模型为基础 ,讨论了复杂程度不同的集中质量模型的精度 ,主要讨论土层特性、群桩数目、群桩间距。

考虑土-结构相互作用的风力发电高塔系统地震动力响应分析

研究考虑土-结构相互作用(Soil-structure interaction,SSI)的风力发电高塔系统地震动力响应分析问题。建立风力发电高塔系统"桨叶-机舱-塔体-基础"一体化的多体系统动力学有限元模型。基于多体系统动力学基本原理,风力发电高塔系统被离散为一系列连续的超级单元,而风力发电高塔系统土-结构相互作用则可通过在基础和土体交界面上设置弹簧和阻尼器来实现。在多体系统动力学方法中,可根据材料力学确定难于确定的超级单元参数和依据Lagrange法推导多体动力学控制运动方程。为了研究风力发电高塔系统的动力特性,基于欧洲规范(Eurocode8)对风力发电高塔系统进行了地震作用动力时程分析。研究表明,考虑SSI效应与否对结果影响较大。一般来说,考虑SSI效应会增加塔体基础与地基连接的柔度。同时,SSI效应在不同自由振动中所起的作用不一样,它对弯曲振动尤其是高阶弯曲振动的影响比较大。因此,在对风力发电高塔系统进行地震动力响应分析时,应该考虑SSI效应。

亚塑性模型对土-结构相互作用问题的预测能力分析

土是一种复杂的多相介质材料,采用能够真实反映其材料特性的本构模型对于数值模拟计算结果的可靠度至关重要。文中以土-结构相互作用问题的离心模型试验为基础,采用ABAQUS建立相应的数值模型,分别采用理想弹塑性Mohr-Coulomb和亚塑性2种本构模型,以及模型尺寸和原型尺寸2种建模方法进行计算分析,探究2种因素对预测结果的影响。研究表明:与离心模型试验结果相比,采用Mohr-Coulomb本构模型高估了桩身大部分水平位移和弯矩,而亚塑性本构模型可以描述土体在小应变条件下的应变依赖和应力路径依赖性,其计算结果与试验结果的吻合性更好;只要实现土体的应力水平与原型场地一致,2种建模方法对模拟结果的影响不大。研究结果有助于提高土-结构相互作用问题的预测能力,为实际工程设计和施工提供参考。

液化场地-群桩-上部结构动力相互作用简化分析方法

基于已完成的液化场地-群桩基础-上部结构体系动力相互作用大型振动台模型试验,采用API规范推荐的p-y曲线模型,将液化自由场动力分析得到的土体位移时程和孔压比时程作为简化分析模型的外部输入条件,在OpenSees有限元平台中建立了液化场地-群桩-上部结构系统动力相互作用简化分析模型。模型综合考虑了地震荷载作用下的砂土液化效应、群桩效应以及承台与土之间的动力相互作用。基于建立的简化分析模型,分析地震荷载作用下液化场地-群桩-上部结构系统中桩基和上部结构的动力响应,并与振动台模型试验结果进行对比。对比表明,两者结果均较为吻合,验证了本文数值建模过程以及所提出的简化分析方法的可靠性。

土-结构动力相互作用对上部结构反应的影响:1/4大比例钢框架模型试验研究及其数值模型验证(英文)

为更好地了解评估土-结构动力相互作用(SSI)对上部结构的反应影响,在1/4大比例7层钢框架模型上进行一系列常时微动试验。在模型上与自由场地面安装21通道加速度传感器记录微动测试中结构水平、摇摆及弹性变形。通过不同微动输入-输出组,在频域和时域中验证并获得柔性地基,拟柔性地基及固基条件下结构传递函数及有效频率。试验结果表明结构物在微动试验情况下两主轴方向SSI效应皆为显著,主要表征周期延长(10%～22%),此显著SSI效应可归因于两正交向卓越摇摆模态。采用Veletsos等提出单自由度SSI分析模型进行参数识别并与试验数据进行比较,结果表明此模型能较好预测结构微动激励下动力反应。

大型动力机器—基础—桩土相互作用分析的集中参数模型

大型动力机器基础中的桩-土系统动力模型是研究的难点,模型的建立和参数的确定对计算结果有很大的影响。本文对大型机器基础-桩-土动力相互作用进行研究,在规范的基础上提出了适用于工程应用的改进集中参数模型方法,与建立的桩-土有限元整体模型进行对比研究,为大型结构-基础-桩土动力相互作用问题提供适合工程应用的分析方法。

基于扩展Koppejan模型的被动桩-软土时效性相互作用研究

基于一维固结-蠕变试验,综合考虑软土主固结效应和蠕变效应,选择一维Koppejan模型刻画软土变形的时效特性,并将该模型以增量形式扩展至三维应力空间,基于ABAQUS平台开发相应的材料模型子程序。将该子程序应用于以桩基-堆载现场试验为原型的桩-土耦合作用数值分析,研究长期堆载条件下桩身响应、桩侧附加压力及桩间土拱效应的时效性变化规律,揭示被动桩-软土时效性相互作用机制。结果表明:堆载引发的桩侧附加荷载主要分布在相对软弱土层范围,并随着堆载时间的延长而增大,但其分布范围基本不变;随着堆载时间延长,被动桩段桩间软土的塑性区持续增大,主应力拱拱高持续减小,土拱效应持续弱化,土拱效应的弱化规律随堆载条件的改变而改变;堆载距离越小或堆载强度越大,桩身响应达到稳定增长阶段的时间越长,软土变形对桩身响应的时效性影响愈加显著;软弱土层厚度不同,桩身承受的附加荷载分布范围不同,致使堆载条件和堆载时间对桩身响应分布的影响程度也不同。推导的扩展Koppejan模型较好地反映了被动桩基-软土时效性相互作用过程,可为有关桩基长期横向变形的预测与研究提供参考。