一种用于桩基础动力相互作用分析的桩单元复刚度矩阵

本文采用动力文克尔地基粱模型,在求得有限长桩运动微分方程通解的基础之上,导出了层状土中桩单元复刚度矩阵.提出了计算层状土中单桩动力阻抗的方法.本文方法具有单元划分简单,输入数据少,可以方便地处理不同约束条件和计算桩截面内力等优点.可以用于群桩动力阻抗及桩身内力的计算,也可以进行桩—土—桩运动相互作用分析.     

层状地基中群桩的水平振动特性

采用动力Winkler地基模型模拟桩土之间的动力相互作用,并运用传递矩阵法考虑地基土的分层特性,提出了计算层状地基中单桩和群桩动力阻抗函数的一种简化方法。在计算动力相互作用因子时考虑了“被动桩”与周围土体之间的相互作用。最后将相互作用因子和群桩阻抗的本文解与精确解进行了对比,同时与有关现场试验结果作了比较,验证了本文方法的有效性。     

群桩刚性承台竖向动阻抗的简化计算

目前对群桩动阻抗研究的文献 ,始终局限在刚性承台底与土脱离的假设 ,而没有考虑实际存在的承台底与土接触的情况。文中在对群桩刚性承台动阻抗的求解过程中 ,首次考虑了承台底土与承台及群桩的动力相互作用。文中首先利用前期文献确定了单桩和单独刚性基础在均质弹性土中的竖向动阻抗 ,然后定义了桩 -土、土 -桩、土 -土动力相互作用因子的概念 ,并对诸动力相互作用因子作了理论推导及计算 ,进而建立了均匀介质中群桩竖向动力阻抗的简化计算方法。     

粘弹性介质中考虑轴力作用时桩的动力分析

本文研究粘弹性介质中桩受轴力作用时水平动力作用下桩的动力阻抗及动力相互作用因子 ,利用桩的运动微分方程 ,推导出桩的动力阻抗函数。与未考虑轴力时对比分析表明 ,考虑轴力对动力阻抗函数存在一定的影响 ,同时对动力相互作用因子亦存在影响。通过对比计算群桩考虑轴力及未考虑轴力作用的动力阻抗 ,可知轴力的影响是明显的     

分层土中单桩和群桩水平动力阻抗的统计特性

基于Winkler地基梁模型,提出了计算分层土中单桩动力阻抗的有限元方法。假设土的弹性模量为随机场,利用Neumann随机有限元法得到了单桩水平动力阻抗的统计特性。在分析了动力相互作用因子的统计特性后,推导了群桩的水平动力阻抗的统计表达式。最后通过算例分析,得到了一些有意义的结论。     

桩基-结构体系的地震响应分析

通过确定桩间动力相互作用因子的近似方法，建立了群桩基础在水平和转动振动相耦合时的动力阻抗矩阵，并讨论了桩－土－结构系统地震响应分析的简化计算方法。算例表明，这一简化方法具有良好的计算精度。     

地震作用下群桩运动相互作用反应

利用传递矩阵理论方法全面描述了层状介质中单桩及群桩在遭受水平地震作用下的动力特征，并基于考虑轴力参与影响的单桩动力微分方程以及群桩动力分析简化三步过程不仅可导出基桩运动内力及变形，还可得到群桩—分层土系统中各桩间的运动相互作用效应，文中即表征为运动相互作用因子。     

水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应

研究了在水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应问题。半空间饱和土采用Biot提出的三维波动原理,将桩看作是一维的弹性杆单元,采用Hankel变换及数值逆变换得到饱和土的基本解。利用桩土之间的变形协调条件和叠加原理得到饱和土中群桩的第2类Fredholm积分方程,采用动力相互作用因子的方法计算群桩在水平荷载作用下的动力阻抗,给出了群桩的阻抗、弯矩以及孔压的数值结果。该方法可用于计算层状饱和土中群桩的水平动力反应问题。     

部分埋入群桩的竖向振动特性

采用动力Winkler动力梁模型,由传递矩阵法推导了部分埋入单桩竖向振动的计算公式;充分考虑了被动桩与土体的共同作用,基于桩–桩相互作用因子的叠加法,建立了部分埋入群桩的动力模型。通过参数(埋入比L1/L2、桩间距s/d和激振频率f)探讨,得到了匀质半空间和层状地基中常见部分埋入群桩的动力特性变化规律:①埋入比的增大会显著的降低单桩和群桩的阻抗;②部分埋入桩的存在会降低桩–桩相互作用,从而进一步消弱群桩的空间协同工作的能力;③部分埋入桩对于群桩基础的低频动力响应影响不大,但随着频率的提高而日益显著。然后,本文的退化解与现场实测结果和试验数据进行了比较。最后,本方法被用于分析某海上风力发电机组群桩基础的幅频曲线,并指出了其动力响应与完全埋入群桩的差异,为工程设计提供参考。     

水平地震作用下考虑轴向力作用的桩间动力相互作用因子

在N.Markris和G.Gazetas工作的基础上,考虑水平地震作用下桩受轴向力作用,利用梁的动力微分方程,求解桩间动力相互作用因子的简化计算方法。通过分析表明,在轴向力作用较大的情况下,动力相互作用因子的影响较为明显。在对所得结果与前人工作结果比较的基础上,提出考虑轴向力作用时的影响因素,包括桩土之间的弹性模量之比、无量纲频率及桩距等。算例表明,这一方法具有更可靠的计算精度。     

横观各向同性饱和层状土中垂直受荷群桩的动力阻抗

给出了稳态振动时,垂直受荷群桩在 横观各向同性 饱和层状土中动力阻抗计算的一般方法。首先,基于 Biot 饱和介质的三维波动理论,借助 Hankel 变换,得到横观各向同性饱和土轴对称动力问题的通解,利用通解,给出饱和土层在 Hankel 变换域内的精确动力刚度矩阵,进而构建出饱和土层在竖向柱面荷载作用下的动力 Green 函数;其次,根据桩–土界面的位移协调及平衡条件,利用 Kynia 的方法,建立了饱和地基–群桩纵向耦合振动的边界元–有限元方程,给出了垂直受荷群桩动力阻抗的计算公式。算例表明：场地土的各向异性及土层刚度的变化,对摩擦型群桩动力刚度的影响要远大于对端承型群桩的影响。     

层状横观各向同性地基上刚性条形基础动力刚度系数

采用间接边界元方法（IBEM）研究了层状横观各向同性（TI）地基上明置条形基础平面内动力刚度系数。首先,在波数域中求解TI介质动力平衡方程,建立了TI土层和TI半空间的精确动力刚度矩阵,并通过集整土层和半空间刚度矩阵,求得层状TI地基整体动力刚度矩阵。然后,采用刚度矩阵方法求得层状TI地基表面均布荷载动力格林函数。最后,由基础与地基表面的混合边界条件求得明置条形基础的平面内动力刚度系数。均布荷载动力格林函数的引入克服了传统边界元方法的奇异性问题,同时,精确动力刚度矩阵的引入使得方法不受土层厚度的限制。通过与已有结果比较验证了方法的正确性,并以均匀TI半空间地基、单一TI土层地基和多TI土层地基上明置基础为例进行了数值计算分析,探讨了TI参数、振动频率和土层对刚度系数的影响。研究表明,土体TI参数对刚度系数有着显著的影响,尤其是层状TI地基中刚度系数的峰值频率和峰值十分依赖于TI参数的变化;逆序地基与正常序列地基上基础刚度系数差异明显,逆序地基对应刚度系数随频率振荡剧烈且数值较大。     

刚性桩筏基础的竖向振动特性分析

基于三维地基薄层法基本解,得到层状地基中的土-土相互影响因子,结合能够充分考虑被动桩与土体的共同作用的群桩动力模型,建立刚性桩筏基础的动力分析方法。通过参数(桩间距s/d和激振频率f)探讨和与刚性高承台群桩的比较,得到匀质半空间和层状地基中常见刚性桩筏基础的阻抗和内力的变化规律:①桩间土体的存在会提高群桩基础阻抗,从而进一步降低群桩基础的动力响应;②荷载在桩土之间的分配关系(桩土分担比)不是常数,随桩间距和激振频率的变化而变化;③刚性筏板的存在并没有显著地改变群桩桩顶荷载分布规律。最后,分析上海虹桥交通枢纽工程桩筏基础的阻抗函数,并指出其动力响应与一般高承台群桩的差异,为工程设计提供参考。     

柔性承台下完全和部分埋入群桩的竖向振动及内力分析

基于简化的完全和部分埋入群桩动力计算模型,采用有限元子结构方法,提出可以考虑承台板对群桩动力阻抗贡献的计算方法,并对均质地基和层状地基中不同桩间距条件下,承台板厚度对群桩动力阻抗的影响给予分析,详细讨论承台板惯性力的变化对群桩动力特性的影响,指出刚性承台假定的局限性.然后重点研究不同承台板厚度条件下群桩内力的分布规律....     

层状地基中轴、横向荷载下桥梁基桩的水平动力反应

利用传递矩阵法,全面推导层状黏弹性土中考虑轴向力影响的水平抗力桩阻抗,并以此寻求频域动载下的基桩变位及其内力规律,为有效地进行桥梁群桩阻抗理论推导奠定基础。实例计算表明,动力荷载下,桩顶竖向力的引入将增大桩顶的变位幅值,减低土的阻抗作用;由于土的振动阻尼参与,致使基桩的受力状况较静力分析时更为复杂,在不同的频率下,桩身内力可能较单向水平力系作用下的要小。此外,在动力有效长度一定范围内进行的土体加固对减小桩顶动侧移有不同的效果。     

饱和土中大直径缺陷桩水平振动响应研究

为了研究成层饱和土中存在缺陷的大直径灌注桩的水平振动响应问题,基于Boit理论和严格的平面应变假设建立缺陷桩-饱和土横向耦合振动简化模型。引入势函数并利用算子分解法、分离变量法得到桩周饱和土对桩的水平作用力,再利用桩土接触面耦合条件及刚度矩阵传递法得到桩顶复阻抗;最后,通过模型对比与退化对比验证本文解的合理性。研究结果表明:(1)扩径对提高桩顶复阻抗起到的作用相对较小,但是缩径的出现将明显降低桩顶复阻抗;(2)桩顶动刚度和动阻尼对桩身缺陷大小和长度的敏感度不同,动刚度较动阻尼更为敏感;(3)桩顶附近缩径缺陷会导致桩顶复阻抗显著降低,而桩中部和端部附近缩径缺陷对桩顶复阻抗的影响相对较小。