基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析。结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大。自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求。

非饱和黄土场地桩-土动力相互作用试验研究

为了研究非饱和黄土场地桩-土动力相互作用,利用土工离心机振动台进行桩-土动力模型试验.获得桩身弯矩、桩侧土抗力、桩-土相对位移及动力p-y曲线,分析加速度幅值、桩基埋深对动力p-y曲线的影响.基于非线性文克尔地基梁模型,建立考虑远场阻尼效应、桩-土间隙效应的非线性动力p-y单元,通过有限元分析结果和该试验记录对动力p-y单元的有效性进行验证.结果表明,随着加速度幅值的增加,桩-土体系的耗能增强,土体刚度逐渐退化;桩侧土抗力与桩-土相对位移之间存在滞后性;采用建立的动力p-y单元,能够相对真实地模拟非饱和黄土场地的桩-土动力响应.

单桩-土相互作用非线性数值分析模型

基于OpenSees数值分析平台,建立了单桩-土非线性数值分析模型。模型中考虑了桩身的非线性以及桩-土之间的非线性力学特性,桩-土之间的非线性水平相互作用通过p-y弹簧单元来模拟。结合水平荷载作用下桩-土相互作用拟静力试验结果,对模型的准确性进行验证,并对位于不同地下深度处砂土的水平抗力-位移曲线进行对比分析。结果表明:桩顶水平力-位移滞回曲线及骨架曲线数值模拟结果与试验结果均吻合较好,验证了单桩-土非线性数值分析模型的准确性。此外,在地表以下4倍桩径范围内,砂土-桩水平相互作用力学性能表现出明显的非线性特征,6倍桩径以下深度,呈线弹性状态。

考虑PSSI的桩柱式桥墩震后残余位移分析

为研究钢筋混凝土桥墩在强震下的残余变形机理,建立了考虑桩-土-结构相互作用(pile-soil-structure interaction, PSSI)的桩柱式桥墩抗震数值分析模型,考虑了桥墩、桩身以及桩-土相互作用等非线性行为.首先,基于单桩拟静力试验结果验证了建模方法的准确性,然后通过与墩底固结模型的对比,分析了近断层地震动下PSSI对桩柱式桥墩墩顶残余位移的影响.结合结构自振周期,桩身残余位移、曲率延性系数,土体非线性反应等结果,对墩顶残余变形的机理进行了讨论.结果表明:考虑PSSI的桩柱式桥墩自振周期为墩底固结模型的2.0~2.2倍,PSSI显著增加了墩顶的最大位移和残余位移.随着砂土相对密实度减少,结构自振周期、墩顶最大位移和残余位移均呈增大的趋势.桩身的残余变形主要集中于桩顶4倍桩径深度范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身残余变形深度减少.桩身塑性变形集中于地表下1.3~5.3倍桩径范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身塑性区范围减少,桩身截面最大曲率增大.