田建华[1]2003年在《土—桩—承台—机器系统动力相互作用分析》文中指出本文以实际工程项目为背景，研究土-桩-承台—机器系统的动力相互作用。采用有限单元法对桩-土-承台系统的动力特性进行参数研究。由于系统的复杂性，以往桩-土动力相互作用研究的很多方法难以考虑承台的埋置作用，因此有关埋置承台(低承台)群桩动力特性的研究报道很少。本文的研究对于深刻认识埋置承台群桩基础的动力特性有重要的理论意义，对工程实际有重要的应用价值。 本文首先利用单桩的瞬态响应来考察有限元计算中处理半无限土体的辐射阻尼和材料阻尼问题，以便确定有限元计算区域大小，网格尺寸等基本问题。然后对层状介质中的单桩、群桩以及考虑承台作用的群桩进行参数研究，得到这些桩基的动力阻抗，并将有限元结果与若干简化方法得到的结果进行了比较。对于必须考虑承台作用的低承台群桩，本文的计算结果是很有价值的。 在桩基参数研究的基础上，本文将有限元计算中需要的土的性质参数与《动力机器基础设计规范》(简称《动规》)中的土性工程参数进行了研究，得到了二者之间的关系。这种关系既是本文实际工程项目分析的需要，也可为其它工程实际应用提供参考。 最后，本文利用子结构方法，利用本文有限元计算得到的桩基动力阻抗和《动规》方法求得的桩基阻抗，对一大型造纸机的桩基-机器系统进行了动力分析。结果表明，按《动规》求得的阻抗偏高，按其进行的基础设计有可能使实际基础的振动超过容许值。因此是偏于不安全的。设计中必须充分考虑这一事实。而本文的有限元结果为设计人员提出了定量的估计，因此具有重要的应用价值。
夏雪娇[2]2008年在《考虑桩—土—结构相互作用的结构动力数值分析研究》文中研究指明桩基作为一种成熟的地基处理方法,被广泛应用于工程建设的各个领域。在现有桩基抗震设计规范中提出了一些桩基抗震的构造措施,但缺乏系统性和针对性。资料表明,在地震作用下,桩基与土之间存在很强的动力相互作用。本文主要内容是对地震作用下土-桩-结构动力相互作用进行数值模拟研究,具有一定的学术意义和工程实用价值。本文介绍了几种常用的土体本构模型,推荐采用Drucker-Prager模型模拟土体的材料非线性。对几种常用接触面单元进行了优缺点分析,推荐采用了Goodman接触单元模拟桩-土接触面。借助ANSYS软件,以3×3群桩基础作为分析模型,对桩-土-结构动力相互作用体系进行了水平地震荷载下的叁维弹塑性有限元分析。文中采用EL-Centro地震波,用弹性-阻尼理论边界模拟桩土体系场地边界。通过比较角桩、中间桩和边桩沿桩身分布的剪应力幅值,得出结论:桩剪应力幅值分布呈倒叁角分布其中角桩最大,边桩次之和中桩最小;桩间距的改变基本上对剪应力无影响;桩边长越大,剪应力在桩顶越小但随桩深增加减小越缓慢。以某7层钢筋混凝土框架结构为例,分别采用子结构法和整体有限元法对结构与地基共同作用体系的动力特性进行了计算,并进行了对比。考虑桩土相互作用后,体系的周期增大,结构的内力减小10%-20%。在地震荷载下,土层软硬交界面处和桩顶一样可能成为重要的控制性截面。考虑相互作用时,分别土体材料模型采用线性和非线性,侧向边界采用固定边界和弹性-阻尼边界进行对比,得出如下结论:考虑土体的非线性时,体系周期偏大、楼层的水平位移影响不大、桩基的水平位移偏大、柱的内力偏小、桩基内力偏大。考虑弹性-阻尼侧向边界时,体系的低阶周期比较小,对楼层水平位影响不大,桩基水平位移偏大,柱的内力偏大,桩基内力在峰值处偏大。
邓建安[3]2012年在《竖向弹性压缩波作用下群桩屈曲有限元分析与工程应用》文中研究说明桩基础因具有承载力高、沉降小及抗震性能好等优点而被广泛运用于桥梁、港口、码头及钻井平台等工程的基础，且多采用高承台桩基。对于这类高承台群桩基础，在上部结构荷载及本身自重（静力荷载）和车辆振动、地震纵波等竖向弹性压缩波（动力荷载）共同作用下，可能发生屈曲破坏，这类破坏常具有突发性且后果十分严重，如何分析群桩基础的动力响应尤其是动力屈曲稳定性具有重要的理论与工程实际意义。为此，论文基于国内外已有的关于桩基屈曲稳定性及桩—土—承台相互作用的研究成果，对几种关于桩—土相互作用的分析方法及分析模型进行了较为系统的讨论。在此基础上，引入具有波动特点的桩—土位移影响理论，经适当简化，基于动力文克尔梁模型建立了动力荷载作用下桩—土相互作用的运动微分方程，并给出了基于动力相互作用因子的方程求解方法。其次，考虑桩—土—承台间的接触及桩周土体材料的非线性，基于动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对一22群桩基础进行实体建模分析，将数值分析结果与本文的理论简化计算结果进行了对比分析，验证了有限元分析的可行性。在此基础上，基于所获得的位移及内力云图，讨论了桩身位移及内力的开展与分布规律，并通过改变桩—土体系几何与材料参数，获得了桩间距、桩土刚度比及桩长等参数对群桩基础桩顶水平位移的影响规律。最后，结合工程实例—李子沟特大桥的桩基设计问题，对其12#承台下的群桩基础进行叁维实体建模，考虑桩—土相互作用，完成了静力与动力分析，将静力分析结果与现场试验实测结果进行了对比分析，并探讨了不同地震加速度作用下群桩基础的中桩与角桩的桩端竖向位移与桩顶水平位移分布规律，且考虑静动荷载的共同作用，分析了桩—土—承台体系在不同地震波作用下的动力特性变化规律，获得动力荷载对群桩基础位移幅值及失稳临界荷载的影响规律，深化了对群桩基础在地震荷载作用下动力响应的认识，进而通过改变桩间距及桩长两种方案对该工程桩基进行了优化设计。
杨小卫[4]2006年在《桩—土—结构动力相互作用的数值分析》文中研究说明桩基是一种历史悠久而又被广泛采用的基础型式。历次世界大地震中,均出现了各类桩基础的严重破坏现象。由于破坏的隐蔽性,使得已破坏桩基的修复极为困难而且耗资巨大。在现有桩基抗震设计规范中提出了一些桩基抗震的构造措施,但缺乏系统性和针对性。试验表明,在地震作用下,地基与结构之间存在很强的动力相互作用。对地震作用下土—桩—结构动力相互作用进行数值模拟研究具有重要的学术意义和工程实用价值。 作者对桩的震害特点、破坏形式、桩—土—结构动力相互作用的分析方法等几个方面进行了系统地总结。地震作用下桩—土—结构动力相互作用是一个多学科交叉,多部门关注的复杂课题。针对不同的具体问题,一方面要改进与发展理论严密的精细分析方法,同时也要发展计算模型简单、参数便于确定的实用性较强的简化分析方法,以满足不同工程的抗震设计要求。本文采用动力有限元分析方法,将研究体系简化为平面模型,重点研究了桩—土—结构动力相互作用体系的动力特性和基桩的抗震性能等,主要开展了如下工作: (1) 选择适合桩—土—结构动力相互作用分析的材料本构关系,研究了桩—土—结构动力相互作用体系二维有限元分析的一种实用方法。上部结构采用线弹性的本构模型,下部土体采用等效非线性本构关系或基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性模型,确定了相应模型的矩阵及模型所需的相关参数。探讨了非线性动力方程的求解方法,单元的选取,土体边界的模拟方法,网格大小的划分,重力的考虑等。 (2) 进行了不同输入地震动、不同场地条件下桩土体系的地震反应分析及地震作用下桩土体系的参数敏感性分析:探讨了在地震作用下考虑土体弹塑性时桩土体体系的动力相互作用。既使在相同地质条件、相同地震动加速度峰值的条件下,如果输入地震波的波形不同,得到的桩土体系的地震反应也不同,并对放大倍数或高频过滤产生影响。桩土体系上部土体的刚度越大,桩身的水平位移、加速度越小,但对较深处桩的位移和加速度的影响较小。调整相应的模型参数进行多因素敏感性分析,得到桩土模量比对桩顶水平位移及桩身最大弯矩的影响最大,地震动的输入水平次之、桩的长径比影响较小。在土体基本弹性参数不变时,考虑土体弹塑性后,桩身的水平相对位移、加速度和剪力均可能减小;在水平地震作用下,单层土体的破坏表现为剪切型特性,而多层土体
陈鑫[5]2014年在《带承台单桩纵向振动特性研究》文中进行了进一步梳理单桩振动理论的研究已经取得了丰硕的成果,但是关于桩顶带承台时桩基振动问题的研究则很少。本文研究了带承台单桩的竖向自由振动问题,并讨论了不同承台-桩-土参数对带承台单桩自由振动特性的影响。主要工作如下：(1)基于广义Voigt模型,在考虑桩身材料阻尼的情况下,研究带明置承台单桩的竖向自由振动问题。首先,根据阻抗传递法推出桩顶阻抗；然后,将所求得桩顶阻抗作为支承刚度代入承台的自由振动微分方程中,采用积分变换的方法严格推导得到了竖向成层地基中明置承台自由振动位移的频域响应解析解,最后通过Fourier逆变换得到明置承台自由振动位移在时域范围内的半解析解。基于所得解,详细讨论了承台-桩-土参数对带明置承台单桩自由振动特性的影响。(2)基于平面应变模型,对工程中应用更为广泛的带埋置承台单桩的竖向自由振动问题进行研究。在考虑桩身材料阻尼情况下,采用积分变换的方法严格推导得到了竖向成层地基中埋置承台振动位移的频域响应解析解,然后通过Fourier逆变换得到埋置承台竖向振动位移在时域范围内的半解析解。基于所得解,详细讨论了承台-桩-土参数对带埋置承台单桩自由振动特性的影响。(3)采用激振法测试对某工程的带承台管桩进行单桩竖向自由振动试验和强迫振动试验,阐述了桩基竖向动力特性测试的原理和计算方法。最后,给出单桩抗压动刚度及单桩竖向振动的阻尼比等测试结果。将本次试验曲线与前文理论曲线进行对比,论证了本文理论解的合理性。本文研究的内容是对桩基振动理论的一个有益补充,基于本文工作所得出的一些新结论、新现象可以用于动力机器基础分析和设计中。
律文田[6]2005年在《静动荷载作用下铁路桥梁桩基的动力特性研究》文中研究指明随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的提高,人们对公路、铁路等交通行业提出了更高的要求。对于铁路行业,发展高速铁路已提上议事日程。由于新建铁路的桥梁绝大部分采用的是桩基础,因此,人们越来越关注快速列车荷载作用下桥梁桩基础的动力特性。然而,列车动荷载与一般动力机器基础的动荷载和地震荷载存在着显着的差异,并且缺乏这方面的研究,更少见到列车荷载作用下桩的足尺试验方面的报道。所以,研究快速列车荷载作用下桥梁桩基础的动力特性,具有重要的理论研究价值和工程实际意义。本文基于既有铁路桥墩桩基础动力测试和京沪高速软土地区桩基的动静载试验,采用理论分析、现场试验、数值模拟相结合的研究方法,取得了如下主要研究成果和结论: (1) 建立了层状土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩在任意激励荷载作用下桩土共同作用的数学模型;利用数学上的积分变换求出动力荷载作用下桩顶速度时域响应的半解析解。然后运用MATLAB6.5编制了相应的计算程序,利用编制的程序分析了瞬态半正弦激励和稳态荷载条件下,桩的材料参数和土性参数的变化对基桩频域和时域响应的影响。 (2) 对桩的现场大吨位静动载试验技术开展了研究,提出了一套新的预制桩和灌注桩侧向土压力盒、预制桩钢筋计的埋设装置和工艺。特别是对桩的现场大吨位静动载试验技术开展了深入研究,提出了一套桩的大吨位静动载耦合试验装置,为基桩在静载作用下,进行大吨位动载试验解决了一个关键性试验技术难题。 (3) 采用了等效线性模型来模拟土体材料的非线性,并考虑桩的材料阻尼以及桩土接触界面的状态非线性对动力响应的影响。借助大型有限元分析软件ANSYS,进行二次开发,建立了桩土动力相互作用的叁维模型。研究了快速铁路列车动力循环荷载作用下基桩的动力特性,并分析了土性参数和动荷载参数对动力特性的影响。 (4) 基于悬臂杆的第一自振频率计算原理,建立铁路桥墩桩基础的振动计算模型;考虑群桩基础的实际情况,将桥墩、承台、群桩作为一个空间整体进行叁维分析,并编制了群桩基础桥墩叁维矩阵分析程序。运用此程序分析了京沪高速铁路昆山试验段内桥墩桩基础体系的动力特性。
刘林超[7]2009年在《基于多孔介质理论的饱和土中单（群）桩纵横向振动研究》文中提出桩基由于具有抗震性能好、沉降量小、承载力高、以及能适应各种复杂地质条件等优点而被作为一种重要的深基础形式广泛应用于海洋平台、桥梁工程、铁路公路工程、大型厂房、高层建筑等众多工程领域。在动荷载作用下桩基础的承载力取决于桩的工作性能,而桩的工作性能是桩与桩周土之间动力相互作用的结果;同时,桩—土动力相互作用伴随有能量在土体中的传播和耗散,进而引起相邻桩的振动。所以,研究桩—土动力相互作用问题是研究单桩和群桩振动特性以及桩—土—结构动力相互作用的关键和基础。饱和土中孔隙水的流动特性以及桩基与土体的不同渗透率,饱和土—桩相互作用与单相土—桩相互作用的力学行为,尤其是动力学行为在性态上存在很大差异。将固、液、气叁相介质组成的土体视为单相介质与实际的工程地质性能不符,将利用单相土中桩基振动特性的理论和方法研究饱和土中桩基振动特性以及饱和土—桩—上部结构耦合动力响应势必造成一定的差异。本文将土体视为饱和两相多孔介质,运用多孔介质理论描述饱和土体的宏观力学性能,将Novak平面应变模型推广到饱和土介质,借助于势函数得到了饱和土层的纵横向动力阻抗,在Novak薄层法的基础上对饱和土中单桩的纵横向振动进行了研究;将单桩动力阻抗和动力响应的研究推广到群桩,基于群桩动力相互作用因子的定义,分别对饱和土中桩—桩竖直和水平动力相互作用因子进行了研究,并分析了主要桩土力学参数的影响;运用基于动力相互作用因子的迭加原理对考饱和土中群桩的竖向和水平动力响应进行了分析,并以3×3桩为例对群桩动力阻抗的主要影响参数进行了分析,发展了一种分析饱和土中桩—桩动力相互作用和群桩动力阻抗的新理论。同时,将上部结构视为梁单元模型,考虑饱和土—桩—上部结构的耦合作用,研究了简谐SH地震波作用下的饱和土—桩—上部结构的动力相互作用问题,对建筑结构的抗震设计提供了理论基础和参考依据。
吴昊[8]2009年在《大型造纸机基础动力设计的理论研究与应用》文中认为造纸工业是国民经济重要基础原材料产业之一。近年来,我国引进了若干国外先进的大型造纸成套设备,其中大型造纸机是最关键的设备。造纸机运行中要受到很大的动力荷载的作用,因此对造纸机基础的动力设计研究随之开展。本文以实际工程项目为背景,重点介绍了造纸机基础的动力分析方法和步骤,对工程实际有重要的应用价值。本文首先利用有限元方法计算了单桩和群桩的动力刚度,并和《动力机器基础设计规范》中公式计算得到的结果进行了比较。有限元结果验证了地基刚度和阻尼的频率相关性,并证明按《动规》方法求得的地基刚度和阻尼可用于工程实际。然后采用子结构法,通过《动规》方法求得桩基刚度和阻尼,对大型造纸机的桩基-机器系统进行了动力分析。重点介绍了动力分析的基本步骤,并对振动系统的地基的模拟和荷载的处理做了详细描述。通过对振动系统的模态和简谐分析和得到的速度响应谱曲线确定了满足纸机制造商动力设计要求的纸机基础设计。最后讨论了在造纸机动力分析中的相关问题,包括基础模型的简化、有限元中阻尼矩阵的确定以及对于处理造纸机某特殊部分动力分析的方法。这些问题的处理方法已用于多项实际项目的动力设计中,经过了实践的考证,可以作为同类项目设计的参考。
卢华喜[9]2006年在《成层地基—桩基—上部结构动力相互作用理论分析与试验研究》文中进行了进一步梳理大量的理论分析和研究表明,在地基土质较软的情况下,地基-基础-上部结构动力相互作用对结构物的动力特性具有十分重要的影响,其地震响应将发生显着的变化。广大研究者和工程技术人员在实践中已经意识到将上部结构和基础考虑作为一相互作用的整体进行设计的必要性和优越性,无论是对于静力还是动力特性研究,桩-土-结构作为一个整体计算出的结果不仅与通常的刚性地基假定所得有较大出入,而且不同土层土质、桩属性条件下的相互作用体系所表现的受力与变形特点也不尽相同。本文工作将围绕地基-基础-上部结构共同作用这一课题作进一步探讨,侧重于水平地震作用下成层地基中的桩基-建筑物的动力相互作用特性研究,试图通过理论分析和试验研究,认识地基-基础-上部结构动力相互作用机理,为实践应用提供指导,亦为考虑成层地基-桩基-上部结构动力相互作用的抗震设计提供一定的理论依据和设计建议。本文共分为七章,分别做了如下工作:1、通过对大量相关文献的概括总结,评述了国内外开展土-结构动力相互作用研究的现状与发展水平,对地基-桩-上部结构动力相互作用的方法进行了归纳总结,分析了已有研究工作成果的局限性及优缺点,提出了本文针对桩基上下部结构体系所采用的理论和试验研究途径以及基本框架思路。2、对模型试验的场地土进行了动力特性对比试验研究。通过动模量的室内外试验以及室内对比试验,比较了室内外试验确定的动模量的差异。同时研究室内动叁轴试验和循环单剪试验所确定的土动力参数,并比较了它们的差异,分析了试验结果差异的原因。并首次运用最新引进的循环单剪系统,对场地内各层土分别进行循环单剪试验,确定了场地各土层的动力特性指标。3、考虑土的动力非线性这一特征,计入土动模量随动应变增长而衰减的影响,首次提出了考虑土动模量衰减的粘性和粘弹性人工边界,并研究了其相应的边界反射系数。这两种新的人工边界可有效消除波在人工边界上的反射,且能有效模拟波由近场向远场的传播。算例表明这两种边界具有一定的稳定性,可用于长持时间的土体波动问题。其中粘弹性人工边界包括二维出平面切向、平面内切向、平面内法向粘弹性人工边界公式和叁维切向、叁维法向粘弹性人工边界公式,并分别通过算例检验了它们的稳定性和有效性。4、研究了现有常用的接触面模型的优缺点,并对目前应用较多的大型通用有限元软件MSC.Marc软件和ANSYS软件中接触模型的计算理论进行了评述。从而提出了一种新的二维和叁维桩土动力接触模型的本构行为,并推导了其相应的
王忠瑾[10]2013年在《考虑桩—土相对位移的桩基沉降计算及桩基时效性研究》文中指出桩基是一种常用的基础形式,因具有高承载力、可以有效控制沉降和不均匀沉降而得到广泛使用,其沉降计算是一个非常重要的研究课题。桩基的沉降计算因涉及到桩、土、承台的相互作用和土体力学行为的非线性而十分复杂,以往的计算方法多假定桩侧摩阻力与桩端力互不影响。随着跨海大桥等大型工程的兴建和高层建筑的迅猛增多,超长桩和长短组合桩基在工程上的应用越来越多,但与之相应的理论研究远远落后于工程实践,桩基工程也面临新的研究课题。本文对竖向荷载作用下,桩基的沉降计算开展了解析与半解析研究,主要工作和创新如下：(1)提出了一种新的桩侧摩阻力与桩-土相对位移的指数函数关系,并用于描述桩端力与桩端沉降的关系。(2)考虑桩-土相对位移与桩-土接触面上力学行为的非线性,推导了均质土层中由桩端微小位移引起基桩沉降的计算公式。逐步增大桩端位移并按(1)中提出的函数关系计算桩侧土体和桩端土的刚度变化,并进一步应用于成层土中单桩的沉降计算。(3)考虑桩身竖向压缩变形,建议了超长桩在竖向荷载作用下的沉降计算方法,分析了超长桩的承载特性。通过计算分析指出,超长桩的沉降计算需考虑桩身的非线性压缩变形。考虑桩-土接触面上力学行为的非线性,计算了由位移控制的有效桩长,并对影响有效桩长的因素进行了分析。(4)基于ABAQUS有限元软件,分析不同桩长的相互作用,对比了不同桩间距和桩长差对受荷桩与非受荷桩沉降的影响。基于Wong和Poulos建议的计算不同桩长相互作用系数的修正方法,修正了桩-桩相互作用,应用Mindlin位移解计算得到长短桩桩端的相互作用,并应用于长短组合桩基的沉降计算。本文计算结果与ABAQUS计算结果吻合较好。(5)考虑桩基的承载力随时间的变化,结合已有的研究成果和实测试验资料提出了桩基承载力随时间的计算方法。(6)提出了长期荷载作用下桩基的沉降计算公式,对其中的影响参数进行分析,并应用已有的实测研究数据证明了本方法的合理性。(7)结合某实际工程,考虑桩基承载力的时间效应,应用本文建议的长短组合桩基的沉降计算方法对该工程进行计算分析。最后,对本文工作进行了总结,并建议了进一步的研究方向。
参考文献：
[1]. 土—桩—承台—机器系统动力相互作用分析[D]. 田建华. 湖南大学. 2003
[2]. 考虑桩—土—结构相互作用的结构动力数值分析研究[D]. 夏雪娇. 大连理工大学. 2008
[3]. 竖向弹性压缩波作用下群桩屈曲有限元分析与工程应用[D]. 邓建安. 湖南大学. 2012
[4]. 桩—土—结构动力相互作用的数值分析[D]. 杨小卫. 武汉理工大学. 2006
[5]. 带承台单桩纵向振动特性研究[D]. 陈鑫. 浙江大学. 2014
[6]. 静动荷载作用下铁路桥梁桩基的动力特性研究[D]. 律文田. 中南大学. 2005
[7]. 基于多孔介质理论的饱和土中单（群）桩纵横向振动研究[D]. 刘林超. 上海大学. 2009
[8]. 大型造纸机基础动力设计的理论研究与应用[D]. 吴昊. 湖南大学. 2009
[9]. 成层地基—桩基—上部结构动力相互作用理论分析与试验研究[D]. 卢华喜. 湖南大学. 2006
[10]. 考虑桩—土相对位移的桩基沉降计算及桩基时效性研究[D]. 王忠瑾. 浙江大学. 2013
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