桩-土相互作用弹簧对倾斜液化场地-群桩-上部结构体系的影响

桩-土-上部结构体系的动力相互作用是一个复杂的过程,尤其是在倾斜液化侧向扩展流动(侧扩流)场地中,由于地震过程中场地产生地面永久大变形,桩土间有可能产生错动滑移与开裂等非线性反应,因此桩-土相互作用模拟至关重要。为了探究桩-土非线性接触对倾斜液化场地-群桩基础-上部结构体系动力响应的影响,本文基于OpenSees分别建立了考虑桩-土相互作用弹簧和桩土结点之间直接绑定的有限元数值模型。结果表明:考虑桩-土相互作用Pyliq弹簧时,土体加速度幅值略微降低,桩基对土体的约束明显变弱,土体残余位移增大。同时,具有Pyliq弹簧的模型能较好地模拟桩的曲率响应,而采用桩土结点直接绑定的模型高估了桩顶曲率,进而无法准确估计桩基抗弯最不利位置。桩-土相互作用弹簧对上部结构动力响应的影响较小。

基于P波斜入射海相软土区螺旋桩动力响应分析

在地震频发地区,越来越多建筑使用螺旋桩作为基础,此桩型具有良好的抗震能力。通过建立三维有限元模型,基于黏弹性人工边界,把地震作用等效为边界结点上的作用力。该研究考虑动静边界转换的影响,最后建立了具有黏弹性边界的螺旋桩-土体三维模型。探讨了处于海相软土场地下,不同种类地震波、地震强度、入射角度和螺旋叶片个数对螺旋桩轴力、弯矩和动力p-y曲线的影响。结果表明,相比较于弯矩,入射角度对轴力和动力p-y曲线的影响较大。除此之外,地震强度对弯矩的影响较大,而地震波频率和螺旋叶片个数对其影响较小。不同地面峰值加速度(0.05g,0.10g,0.30g)时,随着入射角度的改变,螺旋桩受到最大和最小弯矩的差值从144.1 N·m增加到了891 N·m。通过该研究结论,不仅可以得出软土场地下螺旋桩-土体的相互作用关系,也能为螺旋桩抗震设计提供依据。

基于弹簧—阻尼理论的海上变电站动力特性研究

近年来,随着海上风电的迅速发展,海上变电站的建设也逐渐兴起。然而,错综复杂、瞬息万变的海洋环境对变电站的安全性和稳定性提出了严峻的挑战,因此有必要加强对变电站分析和研究的重视。为了提高变电站数值模型分析的效率,研究以海上风电场变电站为中心,采用ABAQUS建立了实体土有限元模型和基于弹簧—阻尼理论的有限元模型,以模拟桩土相互作用。随后进行了模态分析、风浪流响应分析和地震响应分析研究。研究结果表明:使用两种模型进行模态分析得出的振型非常相似,频率误差小于5%。此外,在承受风和波流荷载时,两种模型得出的变电站结构响应具有显著的一致性。在地震荷载作用下,两个模型中样本点位移时程曲线的相位频率与测量数据非常接近。值得注意的是,基于弹簧—阻尼理论的模型计算出的振幅与地震波测量数据更为接近。此外,弹簧—阻尼理论方法还大大提高了计算效率。

考虑拱效应的弧形咬合桩计算方法

咬合桩防渗止水性能优异,弧形结构抗压能力强、整体性好,把二者的优点结合将产生一种新型经济实用的支护体系。本文以结构力学为基础,将圆弧微拱咬合桩的拱效应与被动区土抗力等效为弹簧,提出了一种简化计算法。以跨岷江特大桥14#墩拱座基坑为背景,利用此方法计算桩的变形,并与监测数据、数值模拟以及规范法对比,探讨该方法的可行性和计算精度问题。结果表明:使用本方法所计算出的桩体水平位移与监测结果均表现出了悬臂桩变形趋势且桩顶位移相差较小,说明了该方法在弧形咬合桩设计计算中的有效性和实用性,可为相关工程提供设计依据。

基于不同桩基模拟方式的大块式基础动力数值分析

为了更合理预测采用桩基的大块式基础的动力特性,建立桩基仿真模型并与桩-土动力试验相互验证,对组合桩基模型与大块式基础模型进行有限元数值分析,同时参考设计院所使用以弹簧单元模拟桩基的方式,建立数值模型并进行分析,探讨不同的桩基模拟方式对大块式基础动力特性的影响。研究结果表明:使用弹簧单元模拟桩基的方式忽略桩土质量、阻尼的影响,会造成大块式基础振型缺失、自振频率整体偏大、强迫振动响应被放大;使用桩基仿真模型更能反映大块式基础动力特性但计算成本增加。上述结论可为采用桩基的大块式基础动力特性研究提供参考。

基于Q-s曲线的大型LNG储罐桩板基础沉降计算方法

试桩Q-s曲线体现了现场桩基荷载和沉降的关系。文章以某LNG储罐桩板基础为背景,提出利用Q-s曲线求出桩端土层变形模量的方法,并考虑桩板共同作用的求解桩板基础沉降的方法。该方法将桩基模拟为非线性弹簧,弹簧刚度取自Q-s曲线,采用MIDAS进行建模求解,可得到设计需要的筏板和桩基的沉降等高线图以及轴力和弯矩图,用于指导设计。与仅考虑线性地弹簧系数的规范方法进行对比,该方法精度更高,与实际情况更加相符。该方法可针对不同位置的桩基输入不同的非线性弹簧,可用于解决复杂不均匀地层桩筏基础沉降计算的问题。

预应力锚索抗滑桩减震外锚结构振动台模型试验研究

锚索失效会导致锚索桩受力模式突变而造成结构整体倾覆,如何避免地震作用下的锚索动力超载是锚拉型支挡工程抗震亟待解决的问题。基于柔性减震原理在锚索与桩体间的外锚结构处串联缓冲弹簧,按几何比尺1∶15设计并开展桩底铰支的路堑边坡锚索桩振动台模型试验,测试了地震动峰值为0.2 g,0.4g,0.6g条件下锚索轴力、桩后土体加速度和桩身外倾角的时程特性及弹簧缓冲锚头对结构各响应的影响效应,结合锚索拉力频响特征从能量角度探究了弹簧引起轴力减载的作用机制。试验表明:设置弹簧后桩身中部加速度放大系数稍有下降,桩身外倾角普遍超过普通锚索桩,其增幅随峰值地面加速度(peak ground acceleration,PGA)加大而趋缓;弹簧锚头桩锚索轴力和应力幅均大幅减小,时程峰值和波动幅值的减载程度一致且与PGA近似呈线性负相关,3种地震量级下减载比分别达65%,57%,46%,以线性累积损伤理论计算得出的锚索疲劳总损伤值下降约2~3个数量级;设置缓冲弹簧能显著削减锚索拉力响应能量,Fourier幅谱呈现带宽收窄、低频集中的频响特征,降低了地震过程中多次加卸载产生的中高频疲劳损伤风险,有效改善锚索受力。

基坑斜直组合倾斜桩支护结构设计计算方法研究

倾斜桩支护作为一种新型无支撑支护技术,在同等开挖深度下相较其他无支撑支护往往有更好的支护效果,但目前倾斜桩支护应用于实际工程的时间较短,尚未有成熟的设计方法。文章针对工程中常用的斜直组合倾斜桩支护结构,提出一种考虑桩土相互作用的平面杆系有限元倾斜桩设计计算方法。文章计算方法根据斜直桩桩间土的受力与破坏机制,将桩间土分为上部和下部,上部桩间土视为薄压缩层,以水平弹簧模拟,从而考虑直桩与斜桩相互作用;下部桩间土则考虑被动区土压力对直桩的作用;同时,斜桩被动区根据土体受力特点考虑了被动区土弹簧的折减。文章利用此计算模型对软土地区多个斜直组合倾斜桩支护工程实例进行了计算,将变形与内力结果与工程实测与三维有限元数值模拟结果进行了对比,并对此计算方法进行了参数分析,验证了该设计计算方法的准确性和适用性。文章方法可为基坑斜直组合新型倾斜桩支护结构的设计计算与应用推广提供参考。

基于状态空间法的阶梯型变截面水平受荷桩分析方法

为研究阶梯型变截面桩的水平承载特性,基于Timoshenko梁理论,建立了综合考虑桩基尺寸效应、剪切变形和桩基材料非线性效应的四弹簧模型及其状态方程,获得了非线性桩土相互作用下任意长细比的桩截面内力与变形解析解。通过与已有文献中现场试验结果对比分析,验证该方法的适用性和有效性,并讨论了变径位置、桩径比和弹性模量比对桩基受荷特性的影响。研究结果表明:(1)桩基水平承载力对三者的敏感性为:桩径比>变径位置>弹性模量比;(2)综合考虑桩承载能力和经济性,建议变径位置、桩径比和弹性模量比取0.6。

漂浮式风电锚桩锤击过程桩身弹性吸能分析及选锤

漂浮式风电锚桩一般位于水域较深的海区,可在水面上进行锤击沉桩作业。但按传统选锤估算公式及锤击力学模型进行可打性分析选锤,常发生锤击能量偏小,沉桩效率偏低,贯入度趋于零的拒锤现象。文中应用桩身弹性原理为基础的动力打桩锤击力学模型分析方法,通过桩身的弹簧刚度解析,导出了在锤击力作用下,桩身弹性压缩变形量及吸能值,修正了选锤能量级别。为配接长送桩器的风电锚桩、入土较深的长桩及薄壁桩的沉桩施工,获得了更加贴近实际锤击工况的选锤能量级别。

大潮差海域浮式施工平台在钢管桩上的应用

以福建宁德某泊位工程桩基施工为例,分析探讨一种海上浮式施工平台的应用。因该泊位工程位于大潮差海域,高桩码头桩基施工中钢管桩桩顶标高难以控制,而现有钢管桩桩顶标高调整使用的施工平台存在作业窗口期短、危险性高的问题,为此设计一种钢管桩接桩或截桩使用的浮式作业施工平台——浮式围囹施工平台。同时提出现场制作与应用方法,能够有效保障施工安全,提高施工质量和效率。

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。

某大型哑铃型承台群桩基础与土体共同作用竖向承载变形特性数值模拟分析

用ANSYS对某特大桥索塔哑铃型承台群桩基础与土体共同作用进行了三维弹塑性有限元分析。利用桩土界面间水平方向位移相容,桩土界面间竖向设置双曲线本构方程的弹簧,能较好模拟竖向荷载作用下特大型群桩基础桩土间相互作用。分析结果表明,数值分析所得承台沉降与承台荷载的关系曲线、桩顶轴力分布、桩顶轴力随承台荷载变化的关系曲线,与其离心模型试验实测成果较一致。在用离心模型试验成果验证数值分析的正确性下,用其数值分析成果进一步深入分析群桩基础的承载变形特性。

地下结构抗浮设计中抗拔桩的简化模型及其应用

抗拔桩是抗浮结构的重要组成部分。然而,地下结构进行整体设计时,为减少工作量及难度,需要采用能够比较准确表达抗拔桩行使功能的简化模型。从不同的角度出发,理论上探求了抗拔桩的两种简化模型(桩体弹簧模型和桩-土弹簧模型)及其弹簧刚度表达式。在运用Midas/gts计算出主体结构内力的基础上,桩体弹簧模型计算的底板内力与原设计计算结果进行了对比。前者在设置抗拔桩处的底板弯矩是后者的3倍左右,经讨论分析知,新的弹簧模型更能反映工程实际。

横向荷载作用下桩-土耦合系统的土弹簧刚度

为了较准确地计算横向荷载作用下桩-土耦合系统的土弹簧刚度,首先基于Mindlin公式得到了力与变形量之间的关系,导出了土弹簧刚度与深度以及土体参数之间的关系.由于公式较复杂,故采用Matlab软件编制程序,计算了各弹簧单元的刚度系数,最后使用ANSYS软件计算了在此弹簧刚度系数下桩的变形及各弹簧的压力.通过与常用的基于Boussinesq解导出弹簧刚度的计算结果比较,两种方法所求出的桩体位移吻合较好.结果表明:采用Mindlin导出的位移解能更准确地确定土弹簧刚度系数.

水平受荷桩桩-土作用的有限元分析

采用有限元方法对水平荷载作用下单桩试验进行数值模拟,以土弹簧取代桩周土体作用,提出了由实测试验桩数据推导求得土弹簧刚度的方法,此方法可应用于各种荷载作用、泥面坡度情况下桩的桩-土相互作用。计算结果表明有限元模拟结果与试验实测数据基本吻合,可以为工程实践与设计提供重要理论依据。

逆作法基坑支护结构三维m法及工程应用

逆作法技术广泛应用于软土地区敏感环境下的深大基坑工程施工。虽然基于连续介质力学的三维实体有限元方法已逐渐被用于分析评估深开挖对周围环境的影响,工程实用中支护结构的内力变形分析仍采用基于梁–土弹簧体系的弹性抗力法,而传统的支护结构弹性抗力法不能考虑逆作法基坑复杂施工因素的影响。以杭州某逆作法深大基坑工程为案例,结合现场实测数据,通过PLAXIS平面有限元分析与弹性抗力法反分析,得到逆作法深大基坑中盆边留土、坑底工程桩作用和蠕变影响的杭州软黏土等效水平基床比例系数m的拟合公式,提出了考虑逆作法复杂施工因素影响的基坑三维梁系有限元分析方法。研究表明,该方法的计算结果比现有方法更合理;对于深厚软黏土逆作法基坑工程,土体蠕变对基坑变形影响显著。

带撑双排桩支护结构性状分析

基于弹性抗力法提出了适合深基坑带撑双排桩支护结构的实用计算方法,编制了计算程序,对某工程实例进行分析,通过与实测数据的对比验证了该实用方法的合理性,并分析了带撑双排桩支护结构的主要影响因素。

桩土荷载传递的测试分析和模型研究

在滑动测微计测得３根桩的轴向应变的基础上，分析了桩的荷载传递性状。提出非线性弹簧片组合模型，对实测Ｐ－Ｓ曲线进行拟合．取得了较好的结果。

动力沉桩桩基拉应力分布及其施工控制试验研究

采用"现场沉桩试验、室内桩基模型试验、现场沉桩实例验证"的技术路线,通过对16根桩的动测试验结果的全面介绍和分析,揭示了打桩过程中桩身拉应力的分布规律,即桩身最大拉应力通常发生在桩的上部,特别是打桩初期,桩尖位于软土层或桩周为软土地基时,桩身最大拉应力点发生在距桩顶1/4l(l为桩长)附近,拉应力占同点压应力的50%左右,这是桩身产生垂直桩轴线方向横向裂缝乃至发生桩身断裂现象的根源。试验亦表明,采用碟簧桩帽沉桩能有效地减小锤击拉应力,克服了采用老式桩帽辅助沉桩时预应力混凝土(管)桩桩身拉应力过大而造成桩身断裂这一缺陷,控制实测拉应力在允许拉应力(5 MPa)范围之内,以确保沉桩桩身完整,这是防治桩身拉裂的有效措施。