Nonlinear analysis for dynamic lateral pile response

An analysis of pile lateral response to transient dynamic loading and to harmonic loading is presented allowing for nonlinear soil behavior, discontinuity conditions at the pile-soil interface and energy dissipation through different types of damping. Furthermore, the effect of neighbouring piles is taken into account for piles in a group. The validity of the approach was examined and a reasonable agreement with field tests and more rigorous solutions was found. Equivalent linear stiffness and damping parameters of single piles and interaction factors for approximate nonlinear analysis are presented.     

远场地震作用下桩间横向动力相互作用的研究

在远场地震作用下单桩横向地震响应研究的基础上,引入相互作用因子,研究了远场地震作用下成层地基中桩与桩的横向动力相互作用,得到了桩间距、桩土刚度比、桩顶约束条件、瑞利波入射角度、震动频率是影响群桩横向动力相互作用主要因素的结论,为进一步研究远场地震作用下群桩的横向地震响应打下了基础。     

桩-土-结构相互作用弹塑性地震反应分析

采用动力有限元时程分析方法,以多高层框架结构为对象,研究了水平地震作用下桩-土-结构相互作用时上部结构弹塑性动力特性和规律。结果表明,弹塑性分析和弹性分析引起的结果有较大的差异;考虑弹塑性相互作用后柱的剪力、轴力和弯矩在不同的楼层有放大现象,按折减方法来考虑相互作用并非总是安全的,柱的剪力、轴力、弯矩和等效应力的折减系数沿楼层变化曲线不尽相同,应引起注意。     

液化侧扩流场地桥梁群桩效应分析

基于u-p有限元公式模拟饱和砂土中水和土颗粒完全耦合效应,建立液化侧向流场地群桩动力反应分析的三维数值模型。模型中,砂土采用多屈服面弹塑性本构模型模拟、黏土采用多屈服面运动塑性模型模拟,群桩在计算过程中保持线弹性状态;采用20节点的六面体单元和考虑孔压效应的20-8节点分别划分黏土层和饱和砂层;选用剪切梁边界处理计算域的人工边界,模拟地震过程中土层的剪切效应;应用瑞利阻尼考虑体系的阻尼效应。随后对比分析2×2群桩中各单桩的地震反应规律,结果表明,各单桩的弯矩、位移时程规律基本一致,峰值弯矩及峰值位移出现时刻滞后于输入加速度峰值时刻,上坡向桩的弯矩和位移峰值大于下坡向的桩的反应值。接着通过改变桩间距研究群桩效应,随着桩间距增加,群桩中各单桩的弯矩最大值均出现在土层分界处,且各单桩的弯矩、桩顶位移逐渐增大。最后给出液化侧向流场地群桩效应的基本原因,得出该类场地群桩抗震设计的基本认识。     

Numerical analysis of the interaction of soil-structure under earthquake loading

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液化场地桥梁群桩-土耦合体系强震反应分析

针对振动台试验,采用u-p形式控制方程表述饱和砂土的动力属性,选用土的多屈服面塑性本构模型刻画饱和砂土和黏土的力学特性,引入非线性梁-柱单元模拟桩,建立试验受控条件下液化场地群桩-土强震相互作用分析的三维有限元模型,并通过试验结果验证数值建模途径与模拟方法的正确性。以实际工程中常用的2×2群桩为例,建立桩-土-桥梁结构强震反应分析三维有限元模型。基于此,针对不同群桩基础配置对液化场地群桩-土强震相互作用影响展开具体分析。对比发现,桩的数量相同时,桩排列方向与地震波输入方向平行时比垂直时桩基受力减小5%~10%,而对场地液化情况无明显影响;相同排列形式下,三桩模型中土体出现液化的时间约比双桩模型延缓5s,桩上弯矩和剪力减小33%~38%。由此可见,桩基数量增加,桩-土体系整体刚度更大,场地抗液化性能显著,桩基对上部桥梁结构的承载性能明显增强,其安全性与可靠性更高。这对实际桥梁工程抗震设计具有一定的借鉴意义。     

基础非线性对桥墩地震反应的影响

在桩基础桥墩滞回特性的模型试验基础上,提出了用Clough模型模拟基础(地基)的恢复力特性。桥墩采用Takeda恢复力模型。用强震记录与人工合成地震动作为输入对铁路简支梁桥进行了非线性地震反应分析,讨论了不同地震动输入及不同地震强度时基础非线性对桥梁地震反应的影响。研究结果表明,考虑基础的非线性一般会使墩顶位移增大,而墩底的曲率明显减小,且随着地震动强度的增加,基础的非线性影响更加明显。     

单桩基础在无限层地基中的横向地震反应分析

本文通过对分层弹性地基中单桩基础按Ｗｉｎｋｌｅｒ（温克尔）地基土模型特性分析,建立了合理的力学模型。通过动力分析,给出了桩基础横向自振特性及在横向动力与地震载荷作用下强迫反应的解析解。文中的解析公式为分层弹性地基中单桩基础在横向动力与地震载荷作用下的动力反应分析提供了一种新的解析方法。     

一种基于位移的改进静力弹塑性分析方法

静力弹塑性分析作为一种新的结构抗震性能评估方法,近些年得到很大的推广。本文在已有的研究基础上,通过一种基于位移控制的多阶振型组合的静力推覆分析,采用自适应的水平加载方式,考虑高阶振型的影响。对一中等高度的结构进行推覆分析,结果表明,与采用不变的水平菏载分布形式的一般静力推覆分析比较,基于本文Pushover分析所得的结构响应与非线性动力时程分析所得结构的响应更为近似,尤其在受结构高阶振型影响较明显的结构层间位移角及层间剪力方面,其结果同动力时程分析所得更为接近。     

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。     

液化场地上土体侧向变形对桩基影响研究评述

总结了地震作用下桩基震害现象以及桩-土-结构动力相互作用、液化引起地面侧向扩展对桩基的影响方面理论模型和分析方法的研究现状,指出了存在的问题,讨论了今后的发展趋势。     

Pushover analysis procedure for systems considering SSI effects based on capacity spectrum method

This paper presents a new procedure to transform an SSI system into an equivalent SDOF system using twice equivalence. A pushover analysis procedure based on the capacity spectrum method for buildings with SSI effects （PASSI） is then established based on the equivalent SDOF system, and the modified response spectrum and equivalent capacity spectrum are obtained. Furthermore, the approximate formulas to obtain the dynamic stiffness of foundations are suggested. Three steel buildings with different story heights （3, 9 and 20） including SSI effects are analyzed under two far-field and two near-field historical records and an artificial seismic time history using the two PASSI procedures and the nonlinear response history analysis （NLhRHA） method. The results are compared and discussed. Finally, combined with seismic design response spectrum, the nonlinear seismic response of a 9-story building with SSI effects is analyzed using the PASSI procedures, and its seismic performance is evaluated according to the Chinese ＇Code for Seismic Design of Buildings. The feasibility of the proposed procedure is verified.     

On the relative performance of spectrum superposition methods considering modal interaction effects

The contribution of modal interaction in the various available spectrum superposition methods is accounted via the modal cross-correlation coefficient, which has been defined in several different approximate ways. Further, in these methods, to define the final expressions directly in terms of the response spectrum amplitudes, the peak factors for all the modal responses are approximated to be equal to the peak factor for the total structural response. However, these assumptions have been found to be violated significantly in many cases and do not hold good in general. Therefore, some recent studies have attempted to improve upon these assumptions. In this paper, detailed investigations are made to study the relative performance of the various available methods considering the modal interaction effects. To find out which of the available methods, in general, gives the better results, the response of a five-storey asymmetric hypothetical building, characterized by significant interaction effects, has been computed from different methods for several widely differing input excitations and the results have been compared with the exact time-history solution.     

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。