某高层建筑上下部共同作用数值分析结果探讨

探讨采用不同土体本构模型对高层建筑考虑上下部结构共同作用的受力与变形产生的影响。以一桩筏基础高层建筑为例,采用ＤＩＡＮＡ有限元软件建立了整体三维模型,地基土分别采用传统的Ｍｏ-ｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型及硬化土ＨＳ和硬化土小应变刚度ＨＳＳ两种土的高等本构模型进行了基础及上部结构在自重荷载下的共同作用对比分析。结果显示:采用ＨＳ或ＨＳＳ模型相较Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型,筏板差异沉降较小,致使上部框架柱底轴力出现“中柱卸荷,边柱加荷”的效应不如后者明显;三种模型下框架梁的弯矩在每跨相交处均发生突变,反映了考虑共同作用后,基础的沉降特别是不均匀沉降对上部结构梁和柱的内力分布的影响;筏板和地表的沉降均呈现中间大外面小的碟形分布;Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型因难以准确描述土的应力－应变关系,其数值计算结果与实际会存在较大偏差,而ＨＳＳ和ＨＳ模型具有较高的定量计算精度,在上部结构－基础－地基土共同作用的数值分析中具有良好的应用前景。     

长短桩、变径桩桩间相互作用系数数值研究

采用三维数值方法,建立长短桩、变径桩双桩模型,通过大量的数值计算,分析桩顶荷载水平、桩距径比、不同桩长、桩端土模量比及不同桩径对相互作用系数的影响。分析表明,在线弹性变形阶段,桩-桩相互作用系数近似为恒定值,与桩顶荷载水平无关,进入塑性变形之后,则逐渐减小直至极限状态时趋于0;长短桩桩长比及桩端土模量比对短桩-长桩相互作用系数影响大,而对长桩-短桩相互作用系数影响小;变径桩相互作用系数仅与受荷桩桩径有关;并提出了针对长短桩、变径桩的简化计算公式,为实际工程提供参考。     

Numerical and theoretical verification of modified cam-clay model and discussion on its problems

Isotropic consolidation test and consolidated-undrained triaxial test were first undertaken to obtain the parameters of the modified cam-clay （MCC） model and the behavior of natural clayey soil. Then, for the first time, numerical simulation of the two tests was performed by three-dimensional finite element method （FEM） using ABAQUS program. The consolidated-drained triaxial test was also simulated by FEM and compared with theoretical results of MCC model. Especially, the behaviors of MCC model during unloading and reloading were analyzed in detail by FEM. The analysis and comparison indicate that the MCC model is able to accurately describe many features of the mechanical behavior of the soil in isotropic consolidation test and consolidated-drained triaxial test. And the MCC model can well describe the variation of excess pore water pressure with the development of axial strain in consolidated-undrained triaxial test, but its ability to predict the relationship between axial strain and shear stress is relatively poor. The comparison also shows that FEM solutions of the MCC model are basically identical to the theoretical ones. In addition, Mandel-Cryer effect unable to be discovered by the conventional triaxial test in laboratories was disclosed by FEM. The analysis of unloading-reloading by FEM demonstrates that the MCC model disobeys the law of energy conservation under the cyclic loading condition if the elastic shear modulus is linearly pressure-dependent.     

摩擦型群桩工作性状的数值分析

利用三维数值模拟法建立与一室内群桩模型相同的模型,在对二者结果分析对比基础上,建立了与实际工程中相近的摩擦型独立单桩和低承台群桩模型,用数值模拟手段揭示了二者工作性状的异同,结果表明:相同条件下,二者的荷载-沉降曲线、侧摩阻力的发挥均不同;群桩基础中荷载并非平均分配到各基桩上;群桩侧摩阻力在桩端附近存在"增强效应",在桩身上部存在"削弱效应"等。这些规律都与已有的理论认识或实测结果相符,说明方法用于摩擦型群桩工作性状的分析是可行的,并可供群桩基础设计计算参考。     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。     

土坡稳定分析普遍极限平衡法的数值解研究

建立了适于边坡稳定分析简单的平面直角坐标系。提出了基于边坡稳定分析普遍极限平衡法原理的数值积分解法 ,推导了圆弧滑面和复合滑面力矩平衡和力平衡安全系数积分表达式 ,建议了一简单而适用的内部力函数。开发了普遍极限平衡数值积分解的计算和图形处理程序。以实例进行介绍 ,并与其他方法进行了比较 ,揭示了边坡土体内下滑力和抗滑力的分布规律 ,及内部水平推力和剪力的分布特征 ,指出稳定边坡内存在一临界平衡点     

多层地基中水平荷载桩计算m法的两种数值解

针对现行多层地基中水平荷载桩计算m法存在的问题,提出了按实际成层地基抗力系数采用有限差分法和弹性地基杆系有限单元法计算桩身位移和内力的方法,编制了全桩位移、内力计算和图形处理程序。实例计算表明:两种数值计算方法所得结果相当一致,且较现行换算地基系数法有更高的计算精度和计算效率,故两种方法均可直接应用于多层地基中水平荷载桩的设计计算与分析。     

弹性抗滑桩内力计算新模式及其有限差分解法

由于滑动面的存在 ,使滑体与滑床分割开来 ,也使抗滑桩以滑动面为界分为上、下受力和变形特点不同的两部分。基于弹性抗滑桩实际受力与变形的情况 ,提出了一种新的计算模式。根据该模式 ,采用有限差分法进行全桩的内力分析 ,推导出了相应的计算公式 ,编写了计算和图形处理程序。工程实例计算结果表明 ,该方法计算结果符合理论分析和我国现场试桩得出的规律。同时与现有计算方法相比 ,桩身最大弯矩显著减小 ,从而可使抗滑桩的潜力大大提高。使抗滑桩的设计与计算更加合理 ,经济而有效地治理滑坡。     

水平荷载单桩计算的综合刚度和双参数法杆系有限元数值解

 为提高水平荷载单桩设计计算的准确度和效率,建立基于综合刚度和双参数法原理的杆系有限元数值解。同时,从理论和对静载试验实例的分析上,指出我国现行规范建议的水平荷载桩设计计算m法存在的缺陷,建议改进方法。本文建立的杆系有限元法不像解析法那样存在参数取值的限制,避免了烦琐的查表计算,且无需对桩端约束条件进行假定及区分长桩、短桩和中长桩。实例计算比较表明,当采用与解析法相同的综合刚度和双参数时,杆系有限元解与解析解结果吻合很好,能保证桩顶位移和转角、桩身最大弯矩和及其作用位置与实测结果基本一致;当根据桩长范围内土层变化确定各土层比例系数m,通过若干次试算调整幂指数n和综合刚度EI可获得较解析法更好的计算结果。     

毛竹复合土钉墙水平位移影响因素数值分析研究

针对软土基坑毛竹复合土钉墙支护对变形预测和控制等方面研究的不足,采用考虑毛竹土钉和毛竹排桩与土体的相互作用以及土体加、卸载条件下变形模量不同的有限元法,建立某基坑支护设计剖面的平面应变有限元模型。计算并分析了毛竹复合土钉墙支护结构的变形规律,并对影响坡面水平位移的因素,即毛竹土钉的倾角、长度、间距、布置形式,毛竹排桩的长度、数量,土体参数以及开挖的坡度进行了详细的定性分析与定量评价,其结论可以为进一步认识毛竹复合土钉墙支护结构的作用机理提供依据,同时可为设计施工提供参考。更多还原