刚性桩复合地基抗震性能的有限元分析

近年来刚性桩复合地基在工程中的应用日益广泛,但是,对该种复合地基在动力荷载下,尤其在是地震作用下的动力响应性状却研究很少。考虑地震作用下土-桩-上部结构之间的相互作用,采用三维有限元方法,对刚性桩单桩复合地基的地震响应进行时域内的模拟计算与分析研究,分析了这种复合地基与桩基础地震响应的差异,并对影响刚性桩复合地基抗震性能的一些因素进行了研究,得出了一些对刚性桩复合地基的抗震设计有参考价值的结论。     

刚性桩复合地基-上部结构动力相互作用体系抗震性能及影响因素分析

通过模拟土的非线性动力本构模型,选取合理的人工边界及耦合阻尼模型,建立了刚性桩复合地基与上部结构相互作用体系三维有限元动力分析模型。通过计算,对比了刚性桩复合地基与普通桩基对上部结构地震反应的影响异同,同时得到了土体模量与分层、基础埋深、桩径与桩长、砂石垫层模量与厚度以及上部结构特性等因素在考虑土-结构动力相互作用时对刚性桩复合地基抗震性能的影响及其基本规律,并与已有相关试验结果进行了对比,得到较好验证。研究结果为工程设计与工程应用提供了可借鉴的理论依据。     

高层建筑考虑桩-土-结构相互作用的地震响应分析

传统的抗震设计都是基于刚性地基的假设,然而在实际中,地基会发生变形致使上部结构的动力特性改变。本文结合工程实例,建立非线性有限元桩-土模型和土弹簧桩-土模型桩,用ANSYS建立了非线性有限元实体桩和土弹簧桩的房屋结构模型研究地震作用下结构在考虑桩-土-结构动力相互作用时的动力特性及其地震响应。     

刚性桩复合地基地震反应机理分析

为研究刚性桩复合地基的抗震性能,用刚性桩复合地基振动台试验验证了所采用的等效线性方法及其参数取值,在此基础上针对实际问题进行了三维有限元分析,对地基分层、土体模量、桩径、桩长、垫层厚度和垫层模量等因素对复合地基地震反应的影响进行了分析讨论,对刚性桩复合地基在地震荷载作用下的工作机理进行了较详细的分析。结果表明,等效线性方法能较好地模拟结构-复合地基相互作用的特性;上部结构惯性力和自由场变形对复合地基桩身内力影响都较大;地基明显软硬分层的存在,会使桩身内力显著增大。     

地震作用下饱和土-桩-上部结构动力相互作用研究

将土体视为液固两相多孔介质,利用连续介质力学得到了饱和土层的水平动力阻抗,将上部结构视为梁单元,桩-饱和土-桩之间的动力相互作用借助于等效的Winkler动力弹簧和波的干涉来模拟,并通过承台处力的平衡将群桩和上部结构耦合起来,研究了简谐SH地震波作用下饱和土-桩-上部结构的动力相互作用问题。以2×2群桩为例,对饱和土-桩-上部结构体系进行了数值分析,讨论有关参数对结构体系动力特性特别是抗震性能的影响。数值分析表明,桩间距、桩-土弹性模量比、长径比等对结构体系的抗震性能有较大影响。桩间距对地震放大系数的影响与外界激励的频率有关,桩土模量比较小、结构和桩基的阻尼较大时结构体系的抗震效果较好,长径比越大地震作用下产生的结构变形越大     

刚-柔性桩复合地基变形特性有限元分析

在现场试验基础上对条形基础下刚-柔性桩复合地基进行有限元模拟分析。着重讨论了褥垫层、承台、刚性桩、柔性桩等的参数变化对刚-柔性桩复合地基沉降特性的影响。结果表明,复合地基沉降随着褥垫层厚度减小而减小,随着褥垫层模量增加而减小,承台厚度增加有利于减少差异沉降,刚性桩是控制沉降的主要构件,柔性桩桩长增加可以减少差异沉降。分析结果为刚-柔性桩复合地基的优化设计提供理论基础。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

刚性桩复合地基抗震性能的振动台试验研究

为研究刚性桩复合地基的抗震性能,设计并完成了刚性桩复合地基1:10比尺的振动台试验。试验采用柔性容器这一较新的技术较好地模拟了地基在地震作用下的振动变形。此外,为解决模型与原型难以较好相似的问题,模型中尝试采用了在基础底板施加竖向力、在结构上附加阻尼器等措施。通过大量激振试验,对刚性桩复合地基的地震反应性态、柔性容器的效果等问题进行了研究。结果表明,柔性容器能够较好地解决模型试验的边界问题,刚性桩复合地基具有良好的抗震性能,桩身应变在地震作用下均未达到极限值,上部结构特性对桩身变形有一定影响,振动使土体对基础的约束减弱,但对桩的约束增强。     

水泥土搅拌桩复合地基震动性能时程分析

采用大型通用有限元程序ADINA,针对一例水泥土搅拌桩复合地基-基础-上部结构典型算例,建立了数学模型,并进行了有限元动力时程分析。计算模型中将水泥土搅拌桩和桩间土作为整体参与计算,复合土体和土体采用线性黏弹性动力本构模型,上部结构和基础采用线弹性本构模型,通过在边界设置阻尼器来模拟无限域中的动力人工边界。通过数值计算研究了复合土体模量、土体模量和加固深度对加固区和非加固区位移峰值、速度峰值和加速度峰值的影响,从而为水泥土搅拌桩复合地基抗震加固设计提供参考依据。     

软土地区褥垫层作用下刚性桩复合地基的承载力及变形

本文通过对试验测试资料的分析,揭示了软土地区褥垫层作用下刚性桩复合地基的承载特性,并进一步阐明了褥垫层作用下刚性桩复合地基的变形特性;最后得出褥垫层对提高刚性桩复合地基承载力及减少其整体变形具有重要作用的结论。     

刚性桩复合地基桩体抗震性能分析

建立三维有限模型,分别采用振型分解反应谱法和时程分析法研究刚性桩复合地基的抗震性能,并根据相似理论,建立刚性桩复合地基群桩模型,采用模型拟动力试验,对其进行了地震作用下桩体响应规律试验研究,并对其在不同方法下的结果进行了对比分析,结果表明：无论是弯矩值还是剪力值,都是角桩最大,其次是边桩,再次是中心桩;不同分析方法所得的位移值相差不大,位移分布比较均匀;而且通过观察试验现象、分析试验和理论数据可见刚性桩复合地基具有良好的抗震性能;模型动力试验方法用于研究刚性桩复合地基的抗震性能是可行的,并且可推广应用到类似性的其他复合地基的抗震性能试验研究。     

列车激振荷载下PCC桩复合地基动力分析

PCC桩-网复合地基作为一种新型处理软土路基的结构形式,在软弱土地区高速铁路建设中已获得应用,其在列车激振荷载下的动力特性值得研究。本文确定了合理的列车动荷载加载形式,应用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路堤-桩-土复合地基三维动力耦合有限元模型,基于基床、桩、垫层和地基模量参数变化,进行了路堤、桩体以及地基土的动力特性分析。结果表明：PCC桩复合地基动应力响应有别于实心桩,动应力波在管桩中发生反射交叠作用,桩与垫层动力相互作用大于土与垫层动力相互作用。基床表层模量变化对桩-土动力变化影响不大。垫层刚度的增加提高了桩体的动荷载分担比,同时桩顶动应力随着桩与垫层动力相互作用的增强而增大。随着PCC桩模量的提高,动应力在桩体中传播速度加快,动应力增大,使其承担了大部分动荷载,有效地降低了地基土承受的动荷载,同时减弱了上部荷载在复合地基内部影响。随着距离中心桩距离的增大,边桩动应力逐步减小。     

褥垫层作用下复合地基抗震性能有限元分析

采用大型非线性有限元程序ADINA,针对复合地基-基础-上部结构典型算例,建立了计算模型,并进行了有限元动力时程分析。计算模型中,桩体、桩间土、垫层、基础采用简化的线弹性模型,分别定义材料类型;上部结构采用弯矩曲率梁算法进行计算;在边界设置黏性边界模拟无限域中的动力人工边界。通过数值计算研究了不同桩体刚度对自由场地加固区地表和非加固区地表位移峰值和加速度峰值和桩身所受到的弯矩及剪力的影响;研究了上部结构在不同垫层性质（不同刚度和不同厚度）作用下的动力反应,从而得出垫层的合理设置,为复合地基设计施工提供依据。     

CFG桩复合地基褥垫层工作性状研究

总结了刚性基础下CFG桩复合地基中褥垫层的作用机理，采用数值模拟的方法研究了柔性基础下褥垫层的不同工作特点，对褥垫层的合理设置提出了几点建议。