接触非线性对土-结构动力相互作用的影响

动力接触非线性是土-结构动力相互作用研究的难点之一。分析土-结构动力相互作用的接触条件和接触状态,构建法向接触单元和切向接触单元模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。建立数值模型,分析土-结构在水平加速度波作用下的响应。结果表明,叠加法向接触单元和切向接触单元可以有效模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。在水平加速度波作用下,分析土-结构的相互作用而不考虑接触的分析性对基底的竖向应力影响不大,但是会低估基底的水平应力。     

分层土-桩-结构动力相互作用数值模拟试验分析

采用有限元法分析桩-土-结构动力相互作用是当前工程与学术界解决此类问题的惯用方法。应用数值试验对桩一土一结构弹塑性动力相互作用中相关的问题进行了研究,采用整体有限元方法分析桩-土-结构动力相互作用,上部结构以框架结构为研究对象,上部结构、承台以及桩均采用二维梁单元进行模拟;土体采用二维平面应变单元进行模拟。讨论了土体分层对桩-土-结构动力相互作用体系的影响,得到一些对工程实际有益的结论。     

竖直荷载下单桩的受力变形性状分析

采用三维非线性有限元法进行单桩的工作性能分析，在桩土之间引入Goodman接触面单元，建立有限元-接触面单元相耦合的非线性数值模型。利用大型有限元分析软件ANSYS对竖向荷载作用下的单桩与土相互作用进行计算分析。结果表明，计算分析与实测基本吻合，表明采用的耦合方法能对桩的受力变形特性进行较好的模拟。     

桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验研究

基于桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验的数据,研究了动力相互作用体系对上部结构的影响.研究结果表明:由于动力相互作用体系的影响,上部结构频率减小,阻尼增大;在输入地震波加速度峰值较小时,桩-土体系对地震波起放大作用,输入地震波加速度峰值较大时,桩-土体系起减震作用;在地震波由振动台台面传到土体表面的过程中,桩-土体系改变了地震波的频谱成份.     

桩径对桩-土-结构共同作用时的抗震性能的影响

根据上海某高层建筑地基基础结构数据建立软土地基上桩基础高层建筑平面动力有限元计算模型,以横观各向同性材料模拟软土地基,弹性阻尼人工边界模拟地基半无限体,薄膜单元模拟桩-土间接触滑移性能,并考虑桩-土-结构相互作用,采用上海地铁某车站地震监测数据作为地震波输入进行动力有限元计算。基于此计算模型,在其他条件不变的情况下选择各种桩基直径进行计算,根据计算结果分析讨论了在该模型条件下桩径选择对上部结构以及桩基础整体抗震性能的影响,提出了优化方案,进行总结并得出结论。     

成层地基–桩基–结构动力相互作用体系的计算分析

以一个1∶2大比例模型结构–地基的动力相互作用模型试验为基础,结合通用有限元程序MSC.Marc,对成层地基–桩基–结构动力相互作用体系进行了三维有限元分析。计算中采用考虑土非线性特征改进的黏弹性人工边界模拟外部土域,利用考虑动力相互作用中桩土分离、滑移以及桩基提离效应的接触模型反映桩土接触界面特性,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗,土体采用等效线性模型。通过计算分析与试验的比较研究,验证了计算模型和分析方法的合理性,进行了地震动输入下的地震反应分析,为地基–结构动力相互作用的进一步研究奠定了基础。     

关于“考虑桩土接触特性的复合地基承载机理的数值分析研究”的讨论

研究考虑桩土间相互接触的复合地基承载机理是一个很有意义的课题。笔者近日有幸拜读了李小青等同志的“考虑桩土接触特性的复合地基承载机理的数值分析研究”一文(《岩土工程学报》2006年第4期,以下简称“原文”)。文中通过引入桩土接触面单元,采用三维有限元方法分析了复合地基的承载机理及其加强效应,得出了一些有益结论。笔者针对文中的几个问题向原文作者请教和商讨。(1)原文在“1桩、土界面摩擦接触模拟”部分认为以往的桩土相互作用分析中采取了两种假定,即不考虑桩土接触及接触面光滑,同时采用了无厚度Goodman单元来模拟桩土间接触。土与结构的相互作用形式与岩体力学中岩块之间的相互作用形式有着本质上的区别,采     

统一强度理论在湿陷性黄土-桩-上部结构共同作用分析中的应用

采用统一强度理论,用一种新的模型来模拟湿陷性黄土—桩—上部结构共同作用地基的非线性,同时在桩—土接触面上设置接触单元模拟其间的接触非线性。工程算例结果表明在强震作用下,湿陷性黄土—桩间的非线性对群桩基础的动力相互作用以及上部结构均有较明显的影响,其上部结构的位移反应及层间剪力要比线性体系产生的结果大,并且考虑共同作用后,结构的动力特性也发生变化,加速度、位移随着地基土软弱程度的增加反映出越来越接近“K”字型的特征。     

基于土-结构相互作用的高层建筑地震反应分析

运用有限元方法建立桩-土-结构的动力相互作用的分析模型,对水平地震作用下考虑和不考虑土-结构相互作用的高层建筑进行二维弹塑性模拟和对比分析。通过对地震反应峰值变化的比较,研究考虑相互作用后的上部结构反应规律,并探讨上部结构刚度变化对相互作用的影响。     

考虑非线性接触地铁基坑施工过程变形研究

探究土体与地下结构之间的接触行为,本文首先对砂土和粉质黏土与围护结构的接触面进行了试验,获得了两类土体与围护结构的接触面力学特性。其次采用基于Clough与Duncan应力-位移双曲线模型的无厚度Goodman接触单元,验证了接触面非线性的切向行为合理性。考虑实际工程中土体与围护结构的接触非线性问题,基于无厚度Goodman接触单元对地铁基坑施工变形过程进行预测,并结合模拟接触切向行为的罚函数法线性模型,对比罚函数法线性接触模型与Goodman非线性接触模型对基坑开挖变形的影响,研究包括围护桩墙后土体垂直沉降、围护桩墙侧向水平位移以及围护桩墙顶端水平位移。最后将研究因素与实际监测数据对比,结果表明:在考虑非线性土与结构相互作用的基坑开挖过程中,计算结果与实际监测结果的相对误差均保持在10%以内,计算结果更合理,为类似土与结构相互作用的岩土工程接触分析提供参考和理论基础。     

无网格法对岩体不连续面的模拟

 鉴于以Goodman单元为代表的界面单元在传统有限元法中取得了广泛而成功的应用,因而采用无网格法进行岩土工程数值分析时,首先考虑引入Goodman单元以模拟不连续面。详细分析将Goodman单元引入无网格法模拟不连续面的可行性和当前研究所存在的问题。研究结果表明,由于Goodman单元最初的应用对象是有限元法,其位移模式实质是为了实现与其相连接的有限单元相协调;而无网格的位移模式是基于离散节点的,对于不同的待插值点,影响域覆盖该插值点的节点及其数量也不相同;因而必然存在着无网格法的位移模式与Goodman单元边界上假定的位移模式不相协调的问题。解决这个问题的关键是在考虑节理单元的刚度对总体刚度矩阵的贡献时,应采用数值积分计算得到节理单元的刚度矩阵而不是简单的将传统解析表达式累加到求解系统的总体刚度矩阵中去;考虑到上述特点,界面单元可以隐式或显式出现在计算模型中。以自然单元法为例详细介绍显式和隐式Goodman单元的具体实现方案,并给出相应的算例进行数值验证和对比;所提出的思路对于一般的无网格方法都是适用的。     

接触元初始刚度系数对软土深基坑变形的影响分析

 用Goodman 单元模拟土与结构的相互作用, 并结合上海黄浦江行人隧道浦西竖井深基坑工程, 利用有限元方法分析了Goodman 单元的刚度系数对地下连续墙的位移、墙后的地表沉降的影响, 对软土深基坑的数值计算和信息化施工时接触元刚度系数的选取具有重要意义。     

Goodman接触面单元的修正与探讨

针对Goodman接触面单元的构造特征，提出了在单元法向加设刚连杆的修正方法，从物理方法上实现接触面单元与其他单元不会发生相互嵌入的现象。这一方法有效地克服了Goodman接触面单元有可能存在的两侧单元嵌入的缺陷，解决了单元应力误差难以控制的问题，详细探讨了修正Goodman接触面单元的有限元实现方法，使其在有限元计算中易于使用。     

不同接触面的设置对基坑支护结构的影响

采用不同的接触面形式,利用连续介质有限元方法对悬臂支护基坑的开挖过程进行模拟,通过比较Goodman接触面、Desai薄单元和无接触面模型的计算结果,指出Goodman接触面的不足,最后提出了修正的Coodman接触面模型.     

接触面刚度对双排桩支护结构的影响分析

在深基坑支护结构的科学研究和实际工程设计计算中,有限元数值分析方法得到了越来越广泛的运用。目前一般通过设置接触面单元来模拟支护结构与土之间的相互作用。但在实际应用过程中,接触面参数的取值问题给模拟计算结果带来了许多不确定性,目前其取值仍是一个比较棘手的问题。利用Goodman接触面单元模拟了双排桩支护结构与周围土体之间的相互作用,通过改变Goodman接触面单元的初始法向刚度及初始切向刚度,分析了其变化对双排桩支护结构水平位移、桩顶竖直位移及周围土体沉降及坑底隆起量的影响,对双排桩支护基坑数值分析时接触面初始刚度系数的选取具有重要意义。     

地基-基础-上部结构耦合系统的动力相互作用浅析

本文分析了地基－基础－上部结构的动力相互作用的基本原理，并建立了耦联体系在时域求解的振动方程；在些原理的基础上介绍了一种计算模型和适用方法。在比较了其利弊的基础上建立了一套有限元计算模型，为分析计算地基－基础－上部结构的动力相互作用提供了参考。     

考虑土-结构相互作用的桥墩动力分析

采用通用有限元程序ANSYS,对某一桥墩与地基土层的相互作用进行了二维有限元分析,土体的本构模型采用ANSYS程序中的Drucker-Prager模型,土体边界采用粘—弹性边界人工边界,通过计算,得到了土结构相互作用对结构动力分析的影响以及土体性质、上部结构刚度不同时相互作用体系的动力特性。     

土钉支护的非线性有限元数值模拟

建立土钉支护的非线性有限元模型，土体本构采用多种本构模型，钉土之间采用Goodman单元模拟，能够模拟基坑的开挖与支护的施工过程。对某一具体基坑工程进行了模拟计算，取得了较满意的结果。     

考虑上部结构共同作用的弹性地基上筏板基础分析

首先利用子结构的凝聚技术进行上部结构分析和利用有限元和边界元对Winkler地基上的筏板基础进行分析,然后通过力的平衡和位移的协调关系建立了整体耦合分析方程,并进行了算例分析。     

节理岩体自适应有限无分析方法及其工程应用

基于Ｇｏｏｄｍａｎ节理单元的应力精度分析,本文提出了一种将节理视为内部应力边界的节理岩体自适应有限元分析方法,并且使用四边形单元和网格再生成法,实现了承受压剪作用的单一裂纹试件和一边坡工程问题的网格加密型（ｈ型）自适应分析。