桩-土动力相互作用对桩基变形特性和受力性能的影响

本文研究水平地震作用下桩-土体系中桩基的地震反应,为桩基的抗震设计提供依据。以单桩为研究对象,建立有限元分析模型并加以验证,再根据场地条件选取输入波,分析了桩、桩-均匀土体、桩-分层土体3种模型处于弹性和弹塑性状态下的桩基的变形特性和受力性能。研究表明,桩动力分析时必须考虑桩周土的影响,若按静力法的桩-弹簧模型进行桩的设计会使桩身不安全。     

有限元分析在深基坑开挖中的应用及对邻近地铁隧道的影响分析

深基坑工程涉及的土质条件及地下水条件复杂多变,基坑尺寸及支护形式繁多,众多不利因素综合作用导致了深基坑工程在开挖过程中产生的变形值难以预测。利用有限元分析软件对辽宁地区某深基坑工程实例进行数值模拟,围绕工程实例放坡结合桩锚支护挡墙在地铁隧道影响下的结构水平位移,支护挡墙外侧不同距离处的土体深层水平位移以及地铁隧道在开挖过程中的结构位移等变化规律展开研究工作。     

辽宁营口沿海地区某深基坑工程数值模拟的分析

软土地区基坑开挖产生大量的支护结构变形和周围土体变形,通过Midas有限元分析软件对营口某深基坑工程进行数值模拟,结合工程实例监测数据验证数值模拟计算结果的准确性。通过分析数值模拟各节点位移数据,总结双排桩支护结构和型钢水泥土墙支护结构对应的挡墙顶部位移及周围土体沉降位移的变化规律,分析发现:1基坑工程变形均存在空间效应,但基坑工程开挖深度不大时,空间效应并不明显;2基坑支护挡墙变形与结构抗弯刚度和开挖深度有关,增加开挖深度或降低结构刚度均导致基坑变形的增加;3锚索结构对于控制基坑变形的效果明显,在今后的工作中应针对不同的工程情况,灵活运用,充分发挥锚索结构的降低变形能力。     

框架-阻尼框筒结构附加阻尼比简化计算方法

针对框架-阻尼框筒新型减震结构体系,考虑钢板阻尼墙屈服后强化和框架弹塑性,推导了结构附加阻尼比简化计算公式。以某框架-阻尼框筒结构为例,采用试验和有限元分析方法确定公式的参数取值,以此得到结构附加阻尼比的公式计算值,通过与结构动力弹塑性分析值进行对比,论证了简化计算公式的可用性。进一步基于参数分析给出了不同因素对公式计算值的影响。该简化计算方法为框架-阻尼框筒结构方案的快速设计提供了有效途径。     

基坑桩地震冲击下的受力分析模型仿真

当前利用改进动力Winkler模型分析基坑桩地震冲击下的受力情况,不能预防应力波的反射作用,导致其分析结果具有不全面、准确性低的缺点。本论述提出有限元数值模拟的基坑桩地震冲击下的受力分析模型,通过基坑桩小应变模型描述不同应力状态下基坑桩模量的变化,采用有限元数值模拟方法结合基坑桩小应变模型对基坑桩有限元模型进行塑造。在约束基坑桩有限元模型边界条件时,模型选择黏性阻尼器的吸收边界,使模型边界上的应力波不会遭到折射,避免运算结果出现误差。利用Newmark方法对基坑桩有限元模型进行动力时程分析,实现基坑桩在不同应力状态下的受力分析。实验结果证明:所提模型能够有效、准确的对地震冲击下的基坑应力分布、基坑桩身弯曲度、变形位移以及桩体水平位移差值对比等进行全面的分析。     

桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响

在桩-土-结构弹塑性动力相互作用模型研究的基础上,设计了考虑场地类别、输入地震动等因素的基于相互作用模型的多层和高层钢筋混凝土框架结构算例,分析了桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响,并与不考虑相互作用的结构底部固端模型的计算结果进行了对比。分析表明:相互作用对结构的弹塑性变形的影响不容忽视,考虑相互作用后梁柱塑性铰出现的程度降低;结构底部位移增加而顶部位移减小;薄弱层的层间位移可能增加而其余层的层间位移则减小。现行的结构弹塑性变形验算方法未考虑土-结构相互作用的做法的合理性值得进一步评判。     

基于性能的联肢钢板剪力墙抗震设计与评估研究

联肢钢板剪力墙能通过连梁耗能实现多重抗侧体系,其优良的抗震性能被越来越多的学者研究论证。本文基于能量平衡原理和Chao和Goel提出的弹塑性层剪力分布模式,预设目标侧移及屈服机制等性能参数,归纳出完整的联肢钢板剪力墙结构塑性设计流程,并采用该方法基于8度(0.3g)抗震设防条件下设计了12个联肢钢板剪力墙结构算例。利用有限元分析软件ABAQUS对结构进行了Push-over分析,研究了刚度退化、构件屈服顺序和结构整体变形等方面的结果。结果表明：设计算例能够实现多重抗震机制,并满足预期性能目标。     

双排桩计算方法探讨

双排桩围护结构是一种新型的围护结构，这种结构具有较大的侧向刚度，可以有效地限制围护结构的变形，不必设置支撑，是深基坑支护结构的优选方案之一。但其实际受力机理比较复杂，前后排桩之间的土对结构的作用较难确定，针对这一问题，本文提出了一个新的计算模型，即将前、后排桩及桩间土视为一个整体；前排桩爱驻动土压力，基坑深度以下的后排桩受被动土压力，并进行了桩-接触面-土的非线性分析，提出了一些具有参考价值的结论。     

基于ADINA的改进焊接箍筋混凝土-钢板组合连梁抗震性能研究

利用有限元软件ADINA建立了改进焊接箍筋钢板-混凝土组合连梁数值计算模型,分别对嵌有8mm、10mm和12mm厚度钢板的钢筋混凝土-钢板组合连梁的抗震性能进行计算分析。结果表明:3种钢板厚度对连梁混凝土的破坏过程和范围影响不大。而钢板本身的损伤较小,表明具有进一步承载和变形的能力;计算得出的滞回曲线形状饱满,试件有较好的延性与耗能能力。墙肢部分的箍筋轴向应变值处于较低的水平,能保证对边缘构件中受力纵筋的约束作用。     

隧道在地裂缝处的沥青混凝土复合衬砌的力学响应分析

针对隧道分缝衬砌结构为适应地裂缝错动造成位移变形而采用的流变性沥青混凝土复合衬砌置于初次衬砌和永久衬砌之间,改善隧道受力条件,以及沥青混凝土密封变形缝防止隧道渗漏的新型技术,应用有限差分数值方法,模拟隧道围岩土层结构及土材料的弹塑性、开挖支护施工过程、复合衬砌沥青混凝土的弹粘塑性、地裂缝两侧上、下盘土层相对错动位移变化,进行了地裂缝隧道永久衬砌结构分缝支护、初次衬砌和永久衬砌中间复合无缝沥青混凝土衬砌的力学响应特性分析。结果表明沥青混凝土复合衬砌能够抑制地裂缝错动位移条件下永久分缝衬砌段的水平位移和旋转位移,其流变变形调整和改善了永久分缝内衬的受力状态,减小了地裂缝附近衬砌结构的集中受拉受压作用。     

单层柱面网壳弹塑性地震反应特征

本文对网壳结构的弹塑性抗震性能进行了探讨。根据结构弹性有限元理论，结合网壳结构受力特点，推导出网壳结构单元的弹塑性矩阵表达式。然后对单层柱面网壳结构的弹塑性地震反应进行了具体分析，给出了节点位移和杆件应力变化规律，并讨论了矢跨比变化对网壳弹塑性性能的影响，从而揭示出这类网壳的弹塑性地震反应特点。     

核电站取水结构动力反应及抗震性能分析

利用基于考虑钢筋和混凝土材料非线性的纤维单元模型及土体动力弹塑性模型的有限元程序Open Sees,建立土-结构二维平面应变有限元模型,对强震作用下国外某核电站取水结构进行弹塑性动力时程分析。研究取水结构以及地基土的地震动力反应特性,并对取水结构的变形性能和承载能力进行评估。结果表明,在设计基准地震作用下,取水结构与周围土体的变形呈现出较大的非线性,土体变形以剪切为主,其值随深度的增加逐渐减小。受土-结构动力相互作用的影响,取水结构周围土体的加速度反应较大。取水结构的最大内力和最大抗剪需求能力比分别发生在下层侧壁与底板相交的角点处和靠近侧壁的底板端部。取水结构的层间位移角和抗剪承载力均满足规范规定的抗震安全性要求,并且具有一定的安全裕度。     

高层钢板剪力墙结构底部加强层抗震性能分析

采用非线性有限元软件Msc．Marc对高层钢管混凝土组合框架-钢板剪力墙结构底部四层两跨未加劲薄钢板墙模型进行了推覆分析与滞回分析。计算结果表明,组合钢板剪力墙结构具有良好的延性及稳定的滞回性能,结构进入弹塑性阶段后钢板墙的拉力带方向与CAN／CSA S16—01（2001）推荐公式吻合良好。根据分析结果,比较了不同分析类型及不同钢板墙厚度的影响。研究发现,考虑钢材强化及包辛格效应后,结构滞回分析的极限承载力将小于推覆分析的极限承载力;随着钢板墙厚度的增大,结构的弹塑性屈曲模态由局部屈曲向整体屈曲过渡;在罕遇地震作用下,钢板墙结构的底层边缘约束柱将产生较大的轴拉力,甚至被拉断而导致结构整体破坏。     

邻域超大附加荷载深基坑空间效应及变形控制

深基坑的空间效应显著,如何对其变形控制是该类工程的关键问题.结合星火站站房基坑工程,运用Midas/GTS>NX有限元软件,分析基坑在邻域局部超大附加荷载作用下变形的空间效应,并提出相应的变形控制措施.研究结果显示,在基坑变形的空间效应方面,桩顶水平变形、锚索轴力以及坑外地表沉降之间呈正相关,邻域超大附加荷载会削弱角部效应.在变形控制方面,支护桩桩径对变形控制的效果不明显,但正确的开挖顺序以及合理布置马道方位能有效的约束基坑支护结构的变形.     

强震作用下铁路隧道横通道交叉结构抗震措施研究

依托四川茂县跃龙门铁路隧道工程,以主线单线隧道与横通道正交结构为研究对象,通过ABAQUS建立有限元分析模型。选取El-Centro地震波数据,通过应用扩展有限元理论,对横通道与主隧道交叉结构在最不利地震条件下的裂损进行研究,并提出减震层结合柔性接头的抗震措施。研究分析得到:减震层结合柔性接头的设置减小并抑制了交叉结构隧道在强震作用下的开裂范围。柔性接头的设置阻止了纵向裂缝的扩展,在交叉口处中部设置环向柔性接头能完全阻止交叉部位拱顶的裂缝生成;在初期支护和二次衬砌之间设置减震层,给予衬砌更大变形空间,使二次衬砌不易受初期支护变形受力影响而开裂。     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

装配式复式钢管混凝土柱-钢板剪力墙框架数值模拟

为研究复式钢管混凝土钢板剪力墙框架的抗震力学性能,基于装配式复式钢管混凝土柱-钢板剪力墙框架结构拟静力试验研究,合理采用材料本构关系并引入了损伤因子来考虑混凝土的损伤退化,利用ABAQUS软件建立两榀框架的有限元模型,并且对结构进行有限元计算。有限元模拟所得框架的滞回曲线与试验所得吻合良好,验证了有限元模拟的正确性。基于此,分析了整体框架以及各构件在受力过程中的应力分布,验证了钢板对于该类结构抗震性能有明显的提升及结构试件设计的合理性;最后对该类框架结构进行了参数分析,研究了轴压比、钢材强度及钢板剪力墙厚度对结构抗震性能的影响,为此类框架结构试验以及工程应用提供参考。     

钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析

传统钢结构建筑钢板外部震动下承载力分析方法,是基于总体钢板结构以及受力特征,获取载荷同振动频率间的关系,实现承载力的分析,并未对钢板同混凝土间的应力-应变关系进行分析,导致分析结果存在较高的偏差。提出新的钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析方法,将钢结构建筑钢板横截面简化成混凝土的矩形截面和波纹钢板的工字形梁截面,采用ANSYS有限元软件中的CONTACI2接触单元仿真分析钢板同混凝土两者的影响,分析混凝土及钢板的应力-应变关系、界面模块的应力-滑移关系,采用力平衡迭代法获取外部震动下钢板荷载增量;在上述基础工作上采用有限元软件,对外部震动下钢结构建筑钢板实施有限元接触单元建模及承载力分析。实验结果表明,该方法能够实现钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析,并且分析结果具有准确性高和效率高的优点。     

常见边坡支护形式的地震稳定性对比分析

为了对比分析抗滑桩、抗滑桩加预应力锚索、格构梁加预应力锚索这3种边坡支护形式的地震稳定性,建立了相应的数值模型进行计算分析。计算结果显示:3种支护形式在地震作用后,边坡变形及稳定性系数的衰减幅度基本一致,其中格构梁加预应力锚索的衰减程度略弱,从结构受力放大倍数来看,抗滑桩支护形式的结构受力放大程度明显高于其余2种支护形式。计算结果还显示预应力锚索不仅能够提高边坡的稳定性,而且能够抑制支护结构内力的放大,从而提高支护结构的安全性能。     

风浪荷载作用下扩底桩基础桩周土应力特征分析

扩底桩基础在承受水平风浪荷载时,基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。基于有限元程序ABAQUS,针对近海风机单桩基础受力特点,分别建立扩底桩和等直径桩的有限元模型,着重分析扩底桩受风浪荷载时桩周土的应力特征,并对扩底桩和等直径桩桩周土的应力主轴旋转角度规律进行对比分析。结果表明:扩底桩在承受风浪荷载时,上部桩桩周土偏应力和主应力方向角的变化较为明显,扩底段部分桩周土受动荷载的影响较中段更为明显;随着桩周土与扩底桩距离的增加,桩周土主应力方向角旋转幅值逐渐减小,直到减小为一个较为稳定的值;扩底桩桩周土与等直径桩桩周土的主应力方向角旋转幅值变化规律有所不同。