考虑桩-土相互作用的大跨钢桁架-混凝土斜拉桥地震响应研究

对于深桩基础的半漂浮体系斜拉桥,在抗震分析中采用刚性地基进行假定处理偏不安全。为探究桩-土相互作用对斜拉桥地震响应的影响,文中结合实际工程,基于黏弹性吸收边界,通过有限元方法模拟桩-土接触行为,研究土体-桩基-桥墩-上部结构系统在地震作用下的动力响应。结果表明,考虑桩-土相互作用后,桥梁结构整体位移与主梁内力增加,下部结构内力减小。     

桩-土-结构相互作用动力离心模型试验方案设计研究

以滨江广场地基土、桩基及上部结构为研究对象,设计了三者相互作用的动力离心模型试验方案。对桩-土-结构地震响应的动力离心试验进行相似关系设计和相似材料的研究,选择了对体系地震响应具有控制作用的参数,根据Buckingham法,计算了土、桩基及上部结构的相似常数,建立相似关系。对模型材料的物理力学特性进行试验,测得模型土的级配曲线和抗剪参数;基于计算结果,根据桩的抗弯刚度相似进行了模型桩的设计。根据桩-土-结构相互作用的特性对模型测试元器件进行了合理的布设,并设计了地震波及加载工况。所得结果为即将开展的桩-土     

斜坡桩基动力响应的离心机模型试验及数值模拟

为研究地震作用下斜坡桩基的动力响应及桩-土相互作用机理,在土工离心机上进行模型试验,分析了斜坡土体的加速度放大效应、斜坡土体位移情况和桩身变形特性,并通过数值模拟予以论证。结果表明,地震作用下斜坡坡肩位置最容易失稳;桩基所处位置和连接形式是造成桩基变形差异的重要因素;斜坡土体对桩基挤压作用明显,在抗震设计时应考虑斜坡上部土体的加固措施。     

整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复拟静力试验（双语出版）

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛应用与推广。然而，整体桥在季节性温度荷载作用下会发生往复位移，并产生桥台-桩基-土相互作用。为此，以福建上坂大桥为背景，设计制作桥台-桩基结构试验模型，开展桥台-H形钢桩基-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究，主要研究桥台、桩基的滞回性能与变形规律以及桥台-桩基-土三者相互作用的机理。结果表明：桥台与桩基的等效黏滞阻尼比均较大，其值大于0.15，即整体桥具有良好的抗震性能和耗能能力；整体桥在温度作用下桩基处于弹性状态，但会发生残余变形，同时在台背与桩顶的一定宽度和深度范围内存在土体脱空现象，实际工程中产生桥头跳车、搭板沉降的原因不仅与台后土体的特性相关，还与桥台结构的受力机理相关；仅测量和分析上部未入土结构的变形并不能准确反映整体结构的变形规律；试验循环加载全过程桥台-桩基-土相互作用会产生累积变形，其中桩基的累积变形要大于桥台的累积变形，且其累积变形远大于任意单步荷载作用下产生的变形；目前对于现有桥台-桩基变形的理论并未考虑累积变形的影响，该研究结果可为有关规范的制订提供参考。     

非液化场地中桩-结构体系地震响应与桩基失效模式分析

基于非液化场地-群桩基础-上部结构大型振动台试验,建立了非液化场地-桩-结构体系地震响应数值计算模型,在分析桩-结构体系动力响应基础上,深入探讨动力荷载下非液化场地中的桩基失效模式。通过对比数值计算模型所得典型地震响应结果与试验结果,验证了数值计算模型的有效性和合理性,进一步探讨了非液化地基中土-结构体系地震响应规律,重点关注在地震作用下桩基失效过程及桩基-结构体系地震破坏模式。结果表明：在地震作用下,土体加速度在松砂层中不再放大,在最上部出现一定放大,且桩基加速度反应也有相似规律;各深度处土体动剪应力-动剪应变滞回曲线表现出对角线斜率小幅减小的趋势,说明等效剪切模量也出现不同程度的降低,也即地基各处土体抗剪强度均有一定下降;桩身最大弯矩出现在桩身中下部,在桩头与土层交界面附近桩身剪力较大,说明可能发生桩头剪切破坏或桩身弯曲破坏。     

整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复拟静力试验

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点,目前在国内外得到了广泛应用与推广。然而,整体桥在季节性温度荷载作用下会发生往复位移,并产生桥台-桩基-土相互作用。为此,以福建上坂大桥为背景,设计制作桥台-桩基结构试验模型,开展桥台-H形钢桩基-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究桥台、桩基的滞回性能与变形规律以及桥台-桩基-土三者相互作用的机理。结果表明:桥台与桩基的等效黏滞阻尼比均较大,其值大于0.15,即整体桥具有良好的抗震性能和耗能能力;整体桥在温度作用下桩基处于弹性状态,但会发生残余变形,同时在台背与桩顶的一定宽度和深度范围内存在土体脱空现象,实际工程中产生桥头跳车、搭板沉降的原因不仅与台后土体的特性相关,还与桥台结构的受力机理相关;仅测量和分析上部未入土结构的变形并不能准确反映整体结构的变形规律;试验循环加载全过程桥台-桩基-土相互作用会产生累积变形,其中桩基的累积变形要大于桥台的累积变形,且其累积变形远大于任意单步荷载作用下产生的变形;目前对于现有桥台-桩基变形的理论并未考虑累积变形的影响,该研究结果可为有关规范的制订提供参考。     

基于时程分析方法的地下综合管廊地震响应分析

为研究地下综合管廊在地震作用下的动力反应,采用模态方法和时程分析方法对综合管廊进行动力响应分析。通过ANSYS建立了管廊整体有限元数值分析模型,采用Drucker-Prager屈服准则模拟考虑土体性状,黏弹性边界解决地震波的散射问题,主从接触面来实现土-结构动力相互作用,研究分析了管廊的模态振型及地震响应、横断面在地震作用下的动力学特性。结果表明:线型管廊结构中部动载效应大,结构中上部应力最大,达到43.2 MPa,接近混凝土屈服极限,为管廊整体抗震设计提供依据。同时,管廊横断面上部的应力大,上中部的动态位移大,为管廊内部支撑系统抗震设计提供依据。     

沿海软土地区PHC管桩-土-结构模型振动台试验

为了解沿海软土地区PHC管桩在地震作用下的动力反应、桩-土动力相互作用特性以及破坏模式,开展PHC管桩-土-结构模型体系的地震模拟振动台试验研究。通过输入3种不同地震波,并逐渐增加地震波峰值,研究预应力度、土体特性对模型体系的地震响应与破坏模式的影响。研究结果表明:土体饱和与否对模型体系的动力特性和地震响应影响较大,PHC管桩的预应力对其动力特性有一定影响,破坏模式也不相同;土体未饱和时,基本烈度地震作用下PHC管桩的一阶频率下降不大,土体饱和时,随着地震波激励的增加,模型体系的自振频率逐渐下降、阻尼比逐渐增大,PHC管桩-土-结构间的相互作用加大,结构开始损伤破坏,频率最大下降至初始频率的50%;预应力的存在可较显著地减缓地震作用下结构的损伤破坏;加速度峰值越大或者土体越深,孔压比越大,最大超过1.0,并出现液化现象,且液化持续时间远大于地震波持时。研究结果可为沿海软土地区PHC管桩的应用和规范的制定提供参考。     

粘弹性人工边界在地下结构抗震分析中的应用

地下结构地震反应分析需考虑结构-地基的动力相互作用,其中场地土层的自由场反应分析是确定地震输入的关键问题。以往地下工程实例表明,在结构动力时程计算中,能否有效模拟无限地基边界对结构抗震分析有很大的影响。基于某地下综合体项目进行抗震评估,采用黏弹性人工边界模拟自由场震动响应,克服工程中传统分析里不能模拟场地无限域的缺点。为地下结构的动力时程分析提供可靠数值依据。     

水平振动荷载作用下支盘桩承载性状研究

运用自行研制的桩-土动力相互作用模型试验装置,采用数字式变频仪控制输入荷载的频率,通过不同刚度系数的弹簧获得不同荷载级别,对支盘桩模型试件进行了荷载试验,分析了不同工况下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。借助Abaqus软件对试验模型进行了数值模拟,对土体采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,桩-土相互作用的界面模拟采用接触面单元实现,考虑初始应力的影响,考虑桩-土间的脱开和滑移。分析结果表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高,承力盘设置在距离土体表面较近部位有利于支盘桩的水平动承载能力的提高;水平振动荷载作用下,支盘桩能与土体形成刚度较大的共同作用体系,与直径桩相比具有更高的抗变形能力,其承载力及变形特性受激振荷载大小、激振频率大小、承力盘位置、桩周土性状等因素的影响。     

土与结构接触面行为研究综述

为探讨土与结构接触面的力学和变形行为,在总结国内外土体与结构接触面研究成果的基础上,介绍了土与接触面研究在试验研究、本构行为和数值模拟方面的进展。对比分析了不同试验仪器的性能,讨论了现有接触面本构模型的不同特点,并对接触面数值分析进行了分类总结,指出冻土与结构接触面试验设备的研制及其本构模型的建立是今后研究的一个重要方向。     

高烈度地震区双线公路隧道减震措施研究

目前地下结构采用的减震措施主要有2种,即注浆加固和设置减震层。结合雅泸高速公路某隧道,从土-结构相互作用模型出发,运用时程分析方法研究同一地震作用下注浆加固及设置减震层这2种减震措施的地震反应,分析注浆加固范围变化对隧道地震反应的影响,得出这2种措施均可以减小隧道的地震响应,有利于减震。     

列车作用下东巨寺沟铁路隧道围岩动力反应分析

东巨寺沟铁路隧道选取试验段中实施湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土,作为支护结构,并作永久性支护结构,免除二次衬砌;为研究该隧道在列车作用下的动力响应,从土－结构相互作用模型出发,采用粘－弹性人工边界条件,建立隧道支护结构－围岩相互作用的动力分析模型,采用时程积分法研究了列车荷载对铁路隧道围岩和支护结构的动力作用,分析了列车荷载作用下由于轨道不平顺引起的动力响应,并对该隧道围岩的稳定性进行了分析。分析结果表明:在列车动力作用下,隧道围岩和支护结构变形微小,处于稳定状态。     

复合与叠合式地下车站结构设计要点比较分析

地铁明挖地下车站通常采用复合式及叠合式结构体系,这两种结构的围护在整个结构受力体系中的作用、荷载作用模式、设计处理方法、防水及施工措施上都不尽相同。该文主要从以上几个方面对这两种结构体系的不同点进行了比较,并结合工程实例,对比分析了边界条件相同情况下,采用复合式结构及叠合式结构的各自结构构件设计尺寸、构件体积含钢量,最终得出在工程许可的情况下,采用叠合式结构,经济上优于复合式结构。     

Prediction of interior noise by excitation force of the powertrain based on hybrid transfer path analysis

In the early design stage of a vehicle, simulation of interior noise is useful for assessment and enhancement of the noise, vibration and harshness (NVH) performance. Traditional transfer path analysis (TPA) technology cannot simulate interior noise since it uses an experimental method. In order to solve this problem, hybrid TPA is employed in this paper. Hybrid TPA uses simulated excitation force as the input force, which excites the flexible body of a car at the mount points, while traditional TPA uses the measured force. This simulated force is obtained by numerical analysis of the finite element (FE) model of a powertrain. Interior noise is predicted by multiplying the simulated force by the vibro-acoustic transfer function (VATF) of the vehicle. The VATF is the acoustic response in the compartment of a car to the input force at the mount point of the powertrain in the flexible car body. The trend of the predicted interior noise based on the hybrid TPA corresponds very well to the measured interior noise, with some difference due to not only experimental error and simulation error, but also the effect of the airborne path.     

基于声固耦合非线性系统的汽车车内噪声计算研究

采用具有线性和非线性连接子结构的自由界面模态综合法，建立整车系统声固耦合非线性动力学模型。用该模型对发动机激励产生的车内噪声进行数值仿真，并通过试验对仿真结果进行验证。     

无桥台倾斜弹性地基梁与双拱腿复合基础拱桥的分析与设计

提出一种新的拱桥结构形式———无桥台倾斜弹性地基梁与双拱腿复合基础拱桥,作为需要良好地基设置巨型桥台以抵抗主拱圈水平推力及路堤土压力的传统的拱桥的替代工程解决方案建议,介绍了新拱桥的结构构造特点。基于子结构和有限元分析方法,采用文克勒线性地基模型,讨论了新拱桥的弹性地基梁基础与上部结构共同作用的力学计算模型,通过实例分析了地基弹性变形对主拱圈内力的影响,与有桥台拱桥相比较,这类桥梁具有结构合理、外形简洁、适应地基范围广的优点。     

反应加速度法在地下结构抗震分析中的应用

反应位移法和反应加速度法作为地下结构抗震分析的基本方法均写入了我国规范,但其在实际使用中仍存在一些不确定性。在反应加速度法基本原理的基础上,给出了反应加速度法的计算步骤,并以某典型地下结构为对象,采用该法计算了地震响应的受力特征,并与反应位移法进行了简单比较。结果表明:反应加速度法因能考虑土-结构相互作用,在理论上更为合理,具有更广的适用范围。     

上软下硬地层地铁隧道与近接桥梁桩基的相互影响分区研究

依托青岛红岛—胶南城际轨道交通工程侧穿多座桥梁的工程实例,采用有限元强度折减法,对上软下硬地层桩基近接影响下的隧道安全系数变化规律进行研究。结果表明:1)水平方向上,随水平净距增大,隧道安全系数增加,至1倍洞径后,安全系数趋于稳定;2)竖直方向上,随埋深增加,隧道安全系数表现为先增大后减小;3)桩基的存在将降低隧道安全系数,增加隧道达到最大安全系数所需的埋深。通过有无桩基对比,对不同相对位置关系下的地铁隧道近接桥梁施工影响程度进行判定:1)总体上竖向的影响范围和影响程度均大于横向;2)当隧道埋深位于桩底以上时,近接施工几乎只对隧道产生影响;3)当隧道埋深位于桩底以下时,近接施工对于隧道和桥梁桩基均有不同程度的影响,当隧道位于桩底时达到最大。通过样条函数插值补全和多重二次曲面拟合的方法,给出影响系数通用分区图,并结合数值模拟下的桩基受力变形特征,得出影响系数0.8对应的等值线为强影响区与弱影响区的分界线,影响系数1的等值线为弱影响区与无影响区的分界线。通过影响分区结论与监测数据对比,验证了研究成果的实用性。