桩-土-结构体系随机地震响应的实用计算方法及参数分析

考虑地震的随机性和土体的非线性,引入粘弹性边界,提出了一种在谐响应分析中直接输入加速度的加载方式,建立了基于虚拟激励法、等效线性化法和确定性动力有限元法相结合的非线性桩-土-结构体系随机地震响应的实用计算方法.采用该法对单桩支承的剪切型结构进行了较为全面的参数分析.结果表明基岩地震动输入水平,桩长度和土体模量都对结构反应有较大影响.该方法可方便的用于随机地震下桩-土-结构体系的参数分析中.     

大直径扩底灌注桩的地震反应特性

大直径扩底桩的地震反应分析对其抗震设计至关重要。本文采用ABAQUS有限元程序建立地震荷载作用下扩底桩-土-结构和普通等直径桩-土-结构动力相互作用体的三维有限元模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Drucker-Prager弹塑性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间设置非线性接触。输入Imperial Vally地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算,分析了桩土模量比、软夹层、上部质量等因素对桩基地震反应的影响。结果表明:与普通等直径桩相比,扩底桩的抗震性能没有明显提高,扩底直径对抗震性能影响不大,增大扩底桩直径,并不能提高扩底桩的抗震性能;上部结构的质量及桩土模量比对桩基的动力响应影响显著。     

多因素复杂参数下的圆形地下水泥土桩地基场地地震效应分析

为了实现圆形地下水泥土桩地基场地地震效应的准确分析,提高建筑抗震性能,采用ABAQUS有限元软件,分析不同随机参数的圆形地下水泥土桩地基场地地震效应,分析运算采用的各项参数、场地地质条件以及明确等效复合土体计算参数,通过二维复合模量简化模型,全面考虑加固深度、土桩地基上新建结构、下卧基岩地形、水泥土模量、输入地震波属性和不同场景环境等随机参数对圆形地下水泥土桩地基场地地震效应的影响。实验结果表明:圆形地下水泥土桩地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应显著降低,地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小;地基上新建结构对坝基周围场地地震动特性形成较强的干扰,干扰幅度以及区域同新建结构规模具有较高的关联性;地基下端基岩表面地形同上部地基场地地震动特性间具有一定的关联性;场地土层条件对复合地基地震效应影响较大;桩体模量在可能变化范围内,对水泥土桩地基地震效应影响相对较小。     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

成层土中桩土耦合扭转振动特性理论研究

假设桩周土层为成层黏弹性体,土体材料阻尼为黏性阻尼,从三维轴对称角度出发,对任意激振扭矩作用下,成层土中完整桩与土扭转耦合振动时的桩顶振动特性进行了理论研究.首先建立定解问题,然后利用拉氏变换求解得到其振动角位移的形式解,并利用桩土接触界面处的连续条件来考虑桩土耦合作用,使用桩段阻抗函数的传递性进行逐层递推求解,最终得到桩顶频域和时域响应的理论解.通过参数影响分析研究发现,成层土中桩顶复刚度主要受上部土层动力特性及性质影响;随着上层土模量增大桩顶复刚度的刚度部分也相应增大,阻尼部分相应减小.成层土由于土层模量变化,桩的导纳曲线有大峰夹小峰循环的特征.当上层土模量大于下层土模量时,在土层分界面时域波形与初始脉冲反向,反之则同向,土模量突变导致的时域波形的特征反射较平缓,幅度不大.     

桥梁的多点激振效应和非线性作用

推导了考虑大应变大位移的几何非线性有限元列式。通过影响矩阵讨论桥梁在多点激振下的非线性地震响应，并用算例比较一致输入和多点激振下的线性和非线性响应，讨论地震动输入方式和结构参数对地震响应的影响。由分析结果可知非线性和多点激振对结构响应影响较大，多点激振的影响随结构形式和尺寸的不同而不同。     

多点输入下大跨空间索结构的非平稳响应分析

将非平稳地面运动的加速度表示为零均值的平稳随机函数乘以调制函数的形式,借助于虚拟激励法,解决了计算量与精度的矛盾,计算了大跨空间索结构的随机地震响应,即时变加速度功率谱和时变位移方差,比较分析了多点和一致2种输入方法下索结构非平稳响应的差异及多点输入下结构平稳和非平稳响应的差异,并且分析了视波速、结构跨度和阻尼比等因素的影响。通过分析可以看出虚拟激励法对于分析大跨度空间索结构的非平稳随机地震响应是非常适合的,而且是高效的。     

大直径扩底灌注桩的抗震性能研究

深入分析土-大直径扩底灌注桩体系动力相互作用机理是地震工程的重要研究内容。本文采用快速拉格朗日FLAC~(3D)有限差分程序建立地震荷载作用下扩底桩-土和等直径桩-土动力相互作用体的三维数值模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Mohr-Coulomb弹性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间采用"切割模型"法设置桩土间接触面。输入5·12汶川地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算与分析。结果表明:扩底桩的抗震性能优于等直径桩;与具有显著差异的加速度时程曲线相比,扩底桩对位移动力响应并不敏感。     

基于不同参数的基础隔震结构非线性概率密度演化

为了研究不同设计参数条件下基础隔震结构非线性响应的概率密度演化特征,采用两质点模型来模拟基础隔震结构,隔震层与上部结构分别采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型来描述其非线性特征,运用概率密度演化理论,进行隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析。采用基于物理的随机地震动模型生成人工地震动,提出基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析的基本步骤。通过改变基础隔震结构的设计参数,同时考虑激励的随机性,研究基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化规律。结果表明,基础隔震结构的阻尼比、周期比和屈重比取合理范围,能使隔震结构上部和下部的位移可控。     

基于最佳摄动量法的桩基承载力反演

通过高应变动力试桩法来获得桩土参数是目前比较流行的试桩方法,其原理主要是通过以桩顶的实测信息来反演桩土参数,其中比较成熟的CAPW APC法主要用试凑法来反演桩土模型参数,其反演结果呈现一定的随机性且正确性过于依赖操作者经验。本文尝试以CAPW APC法所采用比较成熟的桩土模型为基础,引入基于最佳摄动量法的局部优化方法来反演桩土参数。在弹性波波动方程隐式差分的基础上,对反演参数采用摄动展开并推导出参数反演的递推公式,最后给出合适的反演算法。考虑到初始参数对局部优化方法的影响,根据场地的实际情况选取合适的初始模型,计算显示可以获得比较理想的结果,说明本法是对桩基动测方法的一种有效的新尝试。