堆煤软土场地中群桩体系工作性能的数值分析

为研究堆煤荷载作用下软土场地中群桩基础受力变形特性,基于有限元数值平台ABAQUS,建立了既定工况下考虑桩土相互作用的软土场地-群桩体系数值分析模型,分析堆煤荷载作用下软土场地-群桩体系的相互作用,探讨堆煤荷载作用下软土场地中群桩基础桩身受力及变形规律.结果表明,堆煤软土场地中,在堆煤荷载和上部结构荷载的共同作用下,群桩基础桩身易产生较大侧向位移,同时桩身会产生较大拉应力,使得桩身稳定性、形变及承载能力无法满足工程要求.此类软弱场地土中存在堆煤荷载作用时,需首先对场地采取真空预压地基处理措施,并进行计算校核,使软土场地-群桩相互作用体系达到承载变形要求.     

海洋平台结构随机动力响应谱疲劳寿命可靠性分析

对随机波浪荷载作用下海洋平台结构动力响应和疲劳寿命评估理论作了简要叙述，通过对某深水导管架平台经损伤加固维修后整体结构的随机动力响应分析，应用随机波浪谱和线性疲劳累积损伤理论，进行了导管架结构构件和管节点的详细疲劳寿命评估，计算模型充分考虑了对平台结构动力性能和疲劳寿命有着显著影响的附属结构和质量，以及结构-桩-土的相互作用.计算结果表明,海洋平台结构的一阶模态对动力响应起主导作用；与受损构件相连接的构件疲劳寿命与损伤前相比有明显的降低，但都满足设计使用要求；频率数和频带宽的合理选取对随机波浪动力荷载作用下结构的响应有着显著的影响.     

非均质土中基于虚土桩法的桩基纵向振动

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩 土、桩 土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩 土、虚土桩 土以及虚土桩 桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.     

饱和土层中桩的扭转振动响应分析

基于饱和多孔介质理论研究了在三维轴对称条件下端承桩在饱和土中的扭转耦合振动问题,提出了桩与土在谐和振动情况下的定解问题，先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解，依据平衡条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程，并通过对桩动力平衡方程的求解，得到桩顶转角和切向速度频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解.数值分析结果表明，桩的长径比和波速比对桩顶动力响应有较大的影响，孔隙率和渗透力影响较小.将扭转振动结果与纵向振动分析结果进行了对比，二者在图形形状上有很多相似之处.     

考虑桩土动力相互作用的钢-钢筋混凝土组合连续梁桥的抗震性能分析

考虑桩土动力相互作用,以某跨海大桥浅水区非通航孔桥为对象,采用反应谱法研究了钢-钢筋混凝土组合连续梁的自振特性以及不同水准的地震响应,并以其下部墩身和桩身的M-N关系曲线及桩基土的承载能力为控制目标研究了该桥的抗震性能.通过与不考虑桩土动力相互作用的模型比较表明,建立包含桩土动力相互作用模型能获取更为完整准确的桥梁自振特性及抗震性能.     

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.     

简谐SH波作用下管桩的振动特性

在一维波动模型的基础上得到了简谐SH波作用下桩周土和桩芯土的位移。在三维轴对称的情况下,运用势函数和分离变量法求解了简谐水平集中荷载和SH波引起的管桩桩周土和桩芯土的振动问题,得到了桩周土和桩芯土的径向位移和环向位移。考虑管桩土动力相互作用和管桩土的连续性边界条件对简谐水平集中荷载和SH波作用下管桩的振动进行了研究,得到了管桩桩顶的动力放大因子。通过数值算例分析可知,简谐SH波作用下管桩存在共振现象;管桩管壁过薄宜导致桩基失稳;相同外径情况下采用管桩要比实芯桩的抗震性能更好。     

波浪和地震作用下高桩承台-土-结构动力响应

利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形,采用Morison方程计算波浪力,并对结构水平方向输入El-Centro波进行模拟,根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究,研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化,并与地震单独作用下的结构动响应进行了对比分析。分析结果表明,在波浪和地震共同作用下,前排桩所受弯矩最大,同时,桩顶的受力最危险;桩顶轴力分布表现出角桩最大、中间桩最小的分布特征。当波浪力和地震力方向一致时,桩顶位移增大,桩身弯矩和桩顶剪力也随之增加;反之,当波浪力和地震力方向相反时,则桩顶位移减小,桩身弯矩和桩顶剪力也随之减小。     

饱和土中单桩受移动荷载作用的动力响应

根据Biot动力理论,采用Fourier和Hankel变换方法得到了半空间饱和土受移动荷载及土体内受垂直简谐荷载作用下的变换域内基本解.再根据虚拟桩法,得出了移动载荷作用下桩基的第二类Fredholm积分方程.最后应用IFFT方法得到时间、空间域内单桩的动力响应.数值结果表明,移动荷载会引起桩身的负摩擦力;桩身最大轴力、孔压随移动荷载速度增加而增大;此外,在桩上端部会出现孔压集中现象.     

盾构隧道基底软硬过渡地段列车振动响应分析

论述了隧道衬砌结构-围岩系统动力分析的理论和数值计算方法,采用激振力函数模拟高速列车竖向振动荷载,考虑隧道基底地层纵向软硬不均,建立了广深港客运专线狮子洋盾构隧道列车振动响应三维有限差分计算模型,研究了高速列车振动荷载作用下软硬不均过渡地段隧道衬砌结构振动响应规律,并通过引入长期列车振动荷载作用下地基土累积变形计算模型,预测了软硬不均地层条件下不同地段隧道基底的长期差异沉降.计算结果对评价软硬不均地层盾构隧道衬砌结构的动力稳定性和控制隧道基底不均匀沉降具有一定的指导意义.     

均质土中部分埋入粘弹性桩的瞬态波动响应

基于回传射线矩阵法,得到均质土中部分埋入粘弹性桩在单位脉冲作用下的桩顶速度导纳,然后利用Fourier逆变换和卷积定理得到了在瞬态半正弦激振力作用下的桩顶速度时域响应,与全埋入粘弹性桩作对比,分析桩身材料阻尼、外露桩长、桩侧土阻尼和刚度及桩底土阻尼和刚度对桩顶速度导纳和反射波的影响.结果表明:桩材料阻尼、外露桩长、桩侧土阻尼和桩底土阻尼对桩顶频域及时域速度响应有显著影响;桩侧土刚度和桩底土刚度只对速度导纳曲线的低频部分有影响,且桩底土刚度对导纳曲线的相位和反射波的形状及幅值有显著的影响.     

嵌岩桩沉渣特性对桩顶动力响应的影响

基于虚土桩模型,运用Laplace积分变换和阻抗函数递推方法研究了纵向任意激振力作用下沉渣特性对成层土中嵌岩桩桩顶动力响应的影响.将桩端沉渣模拟为虚土桩,对桩侧土采用平面应变模型,并考虑其成层特性,结合初始条件和桩顶及沉渣底部的边界条件,求得在桩顶任意激振力作用下,考虑沉渣影响的桩顶频域响应解析解及时域响应半解析解.基于理论解,分析了沉渣特性对桩顶动力响应的影响,并将理论计算结果与工程桩低应变反射波法实测曲线进行了拟合对比,结果表明,基于虚土桩模型的理论解能较好地反演出沉渣特性对桩顶动力响应的影响.     

双层饱和弹性土中埋置弹性桩的扭转振动

为研究双层饱和地基中埋置弹性圆桩的扭转振动响应.考虑低频荷载下弹性桩符合一维弹性模型,而饱和土体符合Biot三维饱和弹性介质理论.基于虚拟桩模型,桩-土体系被离散为一连续的饱和半空间双层地基及一虚拟桩模型.土体的控制方程在Hankel变换域内进行求解.虚拟桩的动力方程结合桩土间应力及位移协调条件,得到关于虚拟桩内力的第二类Fredholm积分方程,离散积分方程求解得到虚拟桩内力的数值解.通过进一步计算可得到原弹性桩的内力及位移.数值计算部分考虑了土体各参数对于问题的影响.     

桩底沉渣性质对成层粘弹性土中大直径灌注桩动力响应的影响

为了研究桩底沉渣性质对成层粘弹性土中大直径灌注桩动力响应的影响。首先，将桩底沉渣看作虚土桩，并引入Rayleigh-Love杆模型建立桩及虚土桩纵向振动控制方程，以近似考虑大直径灌注桩的三维效应；然后，基于三维轴对称模型建立桩周土纵向振动控制方程；求解桩-土体系振动控制方程，并结合Laplace变换、阻抗函数递推、Fourier逆变换等方法，得到桩顶频域及时域响应理论解；基于所建立的理论解答，揭示大直径灌注桩三维波动效应的规律，并分析桩底沉渣性质对其动力响应的影响；最后，通过与实测结果的对比验证该解的可靠性。     

锥形桩的纵向动力响应

主要研究了锥形桩这一典型变截面桩的桩顶纵向振动响应。桩身为均质线弹性有限长杆,桩顶受纵向冲击力作用。桩周土和桩底土用Kelvin？Voigt模型表示,假设桩周土剪切波速随深度线性变化。根据上述桩土模型,推导出简洁的波动方程。由Laplace变换得出了频域的解析解,然后采用快速傅里叶变换求解Laplace逆变换,得到了时域的半解析解。通过与差分法计算结果对比,表明本文求解方法的合理性。通过对计算结果的分析,了解了桩顶振动速度导纳曲线的变化特征,还说明了截面渐变程度对桩顶速度响应的影响,阐述了变截面效应。锥形桩的变截面效应表现为：桩身横截面的渐变会对频域响应的低频波部分产生影响;桩身横截面渐变时会引起桩身渐变的反射,而且截面渐扩（渐缩）程度越大,反射越明显。     

均质土体中部分埋入桩纵向振动响应研究

基于土体的运动方程,研究了均质各向同性土体中部分埋入桩的纵向振动问题.利用拉普拉斯变换,求得了土体纵向振动位移形式解.根据桩土系统衔接条件和边界条件,得到了桩段1顶部阻抗函数的拉普拉斯变换域解.根据阻抗函数递推原理,傅里叶逆变换和卷积定理,求得了桩顶速度导纳的解析解和半正弦脉冲作用下桩顶速度时域响应的半解析解.最后,通过参数分析研究了桩土系统主要参数对桩顶动力响应的影响.结果表明,上部桩段长度对桩顶速度导纳和速度时域响应有着明显的影响.     

Vertical dynamic response characteristics of single pile in non-homogeneous soil layers

A computational method and a mechanical model for evaluating the vertical dynamic harmonic response characteristics of a single pile embedded in non-homogeneous soil layers and subjected to harmonic loadings were established based on a certain assumption and the improved dynamic model of beam-on-Winkler foundation by using the principle of soil dynamics and structure dynamics. Both non-homogeneity of soil strata and softening effect of soil layer around the pile during vibration were simultaneously taken into account in the proposed computational model. It is shown through the comparative study on a numerical example that the numerical results of dynamic response of the single pile computed by the proposed method are relatively rational and can well agree with the numerical results computed from the well-known software of finite element method. Finally the parametric studies were conducted for a varied range of main parameters to discuss the effects of relevant factors on dynamic responses of the single pile embedded in non-homogeneous layered soils excited by harmonic loading with different frequencies.     

桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响分析

为研究桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响,本文以实际工程为背景,建立全桥三维模型,根据现有经典理论计算背景工程的最大冲刷深度,将土对桩基的作用等效为土弹簧,采用“m”法计算冲刷线以下的桩-土相互作用刚度,从而得到不同冲刷深度下的全桥分析模型。通过对结构进行动力特性分析及地震响应时程分析,对比研究了不同桩基冲刷深度对大跨斜拉桥抗震性能的影响。研究表明:冲刷使得桥梁结构整体变柔,自振周期变长;冲刷深度越大,桩基在地震作用下的位移响应也越大;冲刷深度对桩基剪力的影响与桩长有关,桩基越长,剪力变化趋势越复杂;IDA分析显示,冲刷对桥梁的不利影响随地震动强度的增大而增大;结果表明桩基的局部冲刷会进一步加剧桥梁在地震作用下的危险性,冲刷问题在抗震设计中应予重视。