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上海大学学报（自然科学版） 2014年第5期20卷 559-572页

作者：韩静杨骁上海大学土木工程系上海200072

考虑桩的径向变形以及饱和土层对桩的径向力作用,分别将空心圆柱桩和饱和土层视为单相弹性介质和饱和粘弹性介质.基于弹性动力理论及不可压饱和多孔介质理论,研究了饱和粘弹性土层中端承弹性空心圆柱桩竖向振动的动力特性.利用Helmholt... 详细信息

考虑桩的径向变形以及饱和土层对桩的径向力作用,分别将空心圆柱桩和饱和土层视为单相弹性介质和饱和粘弹性介质.基于弹性动力理论及不可压饱和多孔介质理论,研究了饱和粘弹性土层中端承弹性空心圆柱桩竖向振动的动力特性.利用Helmholtz分解和变量分离法,在频率域得到了空心圆柱桩竖向稳态振动的轴对称解析解以及桩头复刚度的解析表达式,给出了空心圆柱桩桩头动刚度因子和等效阻尼随激励频率的响应曲线,数值考察了饱和土和桩的材料、几何等参数对桩头动刚度因子和等效阻尼的影响.研究结果表明,虽然空心圆柱桩精确轴对称解析解的桩头静刚度与经典Euler杆模型桩的桩头静刚度几乎相等,但其桩头动刚度因子和等效阻尼存在较大区别,并且空心圆柱桩的内外径比(即桩壁厚比)会对桩头动刚度因子和等效阻尼特性产生显著的影响.因此,经典Euler杆模型桩的适用范围具有一定局限性,应采用轴对称模型进行更加精确的分析.

关键词：饱和多孔介质桩-土动力相互作用空心圆柱桩轴对称解析解竖向振动

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大直径扩底灌注桩的抗震性能研究

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地震工程学报 2019年第3期41卷 645-653页

作者：徐晓高盟陈高鹏王滢山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

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FLAC3D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... 详细信息

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FLAC3D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。

关键词：大直径扩底桩地震荷载桩-土动力相互作用地震反应

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初始变形条件下桩—土动力增量理论

初始变形条件下桩—土动力增量理论

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作者：胡文韬浙江大学

学位级别：博士

本文运用增量弹性变形理论,在现有的桩土动力分析理论的基础上,研究了初始应力-应变状态对桩土动力相互作用特征的影响,并在以下几个方面做了较为深入的研究：运用增量弹性变形理论研究了初始轴向变形状态对各向均质饱和孔隙土体中的... 详细信息

本文运用增量弹性变形理论,在现有的桩土动力分析理论的基础上,研究了初始应力-应变状态对桩土动力相互作用特征的影响,并在以下几个方面做了较为深入的研究：运用增量弹性变形理论研究了初始轴向变形状态对各向均质饱和孔隙土体中的端承桩的动力响应问题。桩坐标下的土体运动控制方程参考Biot的增量孔隙弹性理论,而桩体的动力方程是由基桩—维弹性理论推导得到。通过分离变量法得到了桩顶阻抗、桩顶扭转速度的时域和频域响应解析表达式。代入特定的参数分析了初始变形对扭转阻抗、桩顶扭转角速度的影响。基于初始变形体的增量动力理论,研究由了桩-土相互作用引起的径向非均匀初始应变场作用下的桩基础动力响应问题。推导了初始应变场引起的桩周土体的剪切模量和物理参数沿径向的变化规律。通过将桩周土体划分为若干同心圆土环,并考虑桩土和土环间完全接触条件,得到土体在分界面处的纵向阻抗解析式,并与前人所得结果进行了对比。进而推导出桩顶的纵向阻抗和速度响应的频域解析式和时域半解析表达式。选取合适的参数在低频范围内对界面压力的影响效应进行了探讨。对分层土体中的纵向变截面桩的径向动力响应问题进行了研究。得到桩顶轴向振动特征的解析解答。分析了初始变形状态的成层性的影响规律以及桩径变化对桩顶速度响应时间信号的影响。采用分层离散法,研究了径向非均匀初始应变场作用下的扭转波在桩-土结构中的传播弥散特征,建立了相应的特征方程,并采用“二分法”对方程进行了数值解答,通过所得结果对分层数和初始界面压力这两个因素的影响效应进行了探讨。

关键词：增量弹性变形理论桩-土动力相互作用纵向均匀初始变形径向非均匀初始变形增量振动响应波的弥散性

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大型渡槽抗震的关键问题研究

大型渡槽抗震的关键问题研究

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作者：郝鹏西安理工大学

学位级别：博士

大型渡槽的抗震问题是极为复杂的，涉及流体力学、结构动力学、岩土工程学、地震工程学等多个学科领域交叉的重要研究课题。存在渡槽内的大质量水体与槽体动力相互作用;大直径桩体的群桩与土的动力相互作用;渡槽支撑桩柱受河床水流的绕... 详细信息

大型渡槽的抗震问题是极为复杂的，涉及流体力学、结构动力学、岩土工程学、地震工程学等多个学科领域交叉的重要研究课题。存在渡槽内的大质量水体与槽体动力相互作用;大直径桩体的群桩与土的动力相互作用;渡槽支撑桩柱受河床水流的绕流影响载荷问题;渡槽结构的隔、减震技术的有效性;大跨度的渡槽结构的行波效应等关键科学问题和技术难点。由于问题的复杂性，研究现状还远远不能适应生产要求。随着跨流域调水工程的不断扩大，大型渡槽的抗震安全成为不可回避、亟待解决的重要问题。深入开展这一问题的研究具有重要的现实意义。　　本文重点进行了大型渡槽抗震的前三个关键问题研究。探讨了不可压缩粘性流体与固体的三维动力耦合问题，分析了流体、固体在接触面上的运动规律，首次将能够反映流、固域动力相互作用机理的无限接触点对的瞬态接触内力作为待定变量，并应用Lagrange乘子法构造了流、固体域耦合的统一功率泛函，为建立真正意义上的动力耦合分析提供了理论基础。对流固耦合系统进行离散化处理，推导了其有限元控制方程，并给出了相应的动力积分方法，通过经典实例验证了其正确性。　　以南水北调中线穿黄薄腹梁渡槽结构为研究对象，采用本文建立的三维流固耦合模型进行了静、动力分析，并与实际工程中采用的附加质量法的分析成果进行了比对，结果表明，两种方法给出的应力和位移具有近似的变化规律，只是后者在数值上略大于前者，在实际应用中可以忽略不计，这表明附加质量法用于大型渡槽的抗震设计是合理可行的，同时也说明了本文流固耦合分析方法的正确性。　　渡槽支撑桩柱受河床水流的绕流影响载荷问题，也是渡槽抗震问题中必须不能忽视的问题。本文对中线穿黄U形渡槽方案桩柱群绕流振动载荷问题进行了初步的研究，表明在高超雷诺数区，由于湍流边界层导致分离滞后，尾流区变窄，前柱尾流对后柱的影响变弱，各柱间振动频率相差不大。　　另外本文对大型渡槽群桩基础的动力相互作用问题进行了探讨，建立了桩与土动力相互作用的非线性有限元模型，并以中线穿黄U形渡槽方案为研究对象，对已采用m法确定弹簧刚度的梁杆模型处理桩基础的中线穿黄U形渡槽抗震评估进行了探讨，应用本文建立的桩体土体动力相互作用模型，分别探讨了这两种模型的位移和内力特性，结果表明对于渡槽下部结构——桩体的内力和位移，无论是动力还是静力结果，两种模型比较接近。但上部结构的内力和位移，静力情况还相当接近，动力作用下却有一定差别，非线性有限元法的处理方法要比m法偏大，这是值得注意的。本文的研究虽仅针对中线穿黄U形渡槽方案，但对其它工程的抗震评估也具有一定的参考价值。

关键词：大型渡槽流体-固体动力耦合桩-土动力相互作用柱群绕流动力特性地震响应

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非均质土-桩耦合体系振动解析模型与方法研究

非均质土-桩耦合体系振动解析模型与方法研究

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作者：梁志孟大连海事大学

学位级别：博士

桩基础因其自身承载性能良好、施工便利性突出等优点,被广泛应用于海上风机、桥梁以及高耸结构物等各类大型工程建设中。在桩基施工过程中,由于挤土、松弛以及其它扰动因素的影响,使得桩侧土体沿桩基径向存在一定不均匀性,即径向非均质... 详细信息

桩基础因其自身承载性能良好、施工便利性突出等优点,被广泛应用于海上风机、桥梁以及高耸结构物等各类大型工程建设中。在桩基施工过程中,由于挤土、松弛以及其它扰动因素的影响,使得桩侧土体沿桩基径向存在一定不均匀性,即径向非均质效应。而在桩基动力分析中,如何更准确地建立桩-土相互作用模型一直是桩基动力学研究的重点和难点。国内外学者虽展开了相关研究工作并取得了诸多成果,但由于此类问题复杂性使得非均质土-桩相互作用理论研究尚存在一些不足和局限性。鉴于此,本文将通过解析手段对不同荷载作用下的非均质土-桩耦合体系振动问题进行系统和全面地研究,主要做了如下工作:(1)基于三维连续介质理论,采用Rayleigh-Love杆模型来考虑桩身横向惯性效应,提出了一种径向非均质黏性阻尼土-大直径管桩耦合纵向振动新解析模型。通过采用Lapace变换法和复刚度传递法求解出了桩侧和桩芯土体的频域响应解析表达式,结合桩土耦合条件求解出了大直径管桩桩顶频域响应新解析解答,进一步利用傅里叶逆变换法和卷积定理推导出了大直径管桩桩顶时域响应半解析解。并将推导所得解经多维退化后,与已有相关理论解答进行对比分析,进而验证了所提出模型的合理性和精度。在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了桩身参数和桩侧土施工扰动效应对大直径管桩纵向振动特性的影响规律。(2)基于建立的径向非均质土-大直径管桩模型,进一步考虑桩侧土纵向成层性和桩身缺陷的影响,提出了一种双(纵、径)向非均质黏弹性土-大直径缺陷管桩耦合纵向振动新解析模型。借助分离变量法、阻抗传递函数法以及傅里叶逆变换法推导出了大直径缺陷管桩桩顶动力阻抗和动力响应相关新解析解答。并将推导所得解经多维退化后,与已有相关理论解进行对比分析,进而验证了所提出模型的合理性和精度。在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了桩身缺陷以及桩侧纵、径向非均质效应对大直径缺陷管桩纵向振动特性的影响规律。(3)基于Biot动力波动理论对已有非均质单相土-桩水平动力相互作用模型进行改进,综合考虑了饱和土流固耦合和施工扰动效应的影响,提出了一种径向非均质饱和土-实体桩耦合水平振动新解析模型。借助Helmhotz势函数法、拉普拉斯变换法和分离变量法求解出桩侧饱和土频域响应解析表达式,进一步利用桩-土耦合连续条件推导出了实体桩水平振动相关新解析解答。并将推导所得解经多维退化后,与已有相关理论解进行对比分析,进而验证了所提出模型的合理性和精度。在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了桩侧饱和土径向非均质效应对实体桩水平振动特性的影响规律。(4)基于建立的径向非均质饱和土-竖直圆桩模型,进一步考虑楔形桩桩身异形效应的影响,提出了一种径向非均质饱和土-楔形桩耦合水平振动新解析模型。采用势函数法和传递矩阵法推导出了径向非均质饱和土中楔形桩水平振动相关新解析解答。并将推导所得解经多维退化后,与已有相关理论解进行对比分析,进而验证了所提出模型的合理性和精度。在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了桩身参数和施工扰动效应对楔形桩水平振动特性的影响规律。(5)基于建立的径向非均质饱和土-实体桩水平振动分析模型,进一步考虑管桩桩芯土的影响,提出一种桩侧土-管桩-桩芯土耦合水平振动新解析模型。采用Laplace变换法和分离变量法求解出了桩侧和桩芯饱和土的频域响应解析表达式,进一步利用桩土耦合连续条件推导出了管桩水平振动相关新解析解答。并将推导所得解经多维退化后,与已有相关理论解进行对比分析,进而验证了所提出模型的合理性和精度。在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了管桩桩身参数、桩侧和桩芯土体对管桩水平振动特性的影响规律。(6)在已有均质饱和土中完全埋入式管桩群桩理论模型的基础上,进一步考虑饱和土非均质性及半埋入式管桩外露段的复杂工况,提出了一种层状饱和土中半埋入式管桩群桩水平振动新解析模型。借助算子分解理论、传递矩阵法以及叠加原理推导出了相应的管桩-管桩动力相互作用因子以及半埋入式管桩群桩水平振动相关新解析解答。并将推导所得解经多维退化后,与已有相关理论解进行对比分析,进而验证了所提出模型的合理性和精度。在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了桩间距、埋入比、层状土体性质和土塞效应对半埋入式管桩群桩水平振动特性的影响规律。上述所提出的解析模型和所推导的对应相关解析解答均为针对非均质土-桩耦合体系振动问题而展开,能更系统、全面地揭示复杂地基环境下桩基振动的机理,相关成果及结论可为桩基抗振、防振设计及基桩动力检测技术提供参考和指导。

关键词：桩-土动力相互作用非均质土大直径管桩半埋入式管桩群桩解析解

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承台结构形式变化对大跨斜拉桥抗震性能的影响分析

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2013年第4期37卷 839-842页

作者：邓育林雷凡何雄君武汉理工大学交通学院武汉430063

以一座大跨斜拉桥为工程背景,基于sap2000有限元软件,建立了考虑群桩-土动力相互作用的三维有限元模型,分别计算了分离式承台与哑铃型承台两种承台形式下大跨斜拉桥的振动特性与地震响应,探讨了主塔基础承台形式对大跨斜拉桥抗震性能的... 详细信息

以一座大跨斜拉桥为工程背景,基于sap2000有限元软件,建立了考虑群桩-土动力相互作用的三维有限元模型,分别计算了分离式承台与哑铃型承台两种承台形式下大跨斜拉桥的振动特性与地震响应,探讨了主塔基础承台形式对大跨斜拉桥抗震性能的影响.分析结果表明:主塔基础承台形式的变化对结构纵桥向抗震性能的影响不大,而对结构横桥向抗震性能影响较大;对于本桥而言,主塔基础承台形式采用分离式承台时对主塔结构的抗震性能有利,而采用哑铃型承台时对主塔基础的抗震性能有利,因此,应综合考虑并予以选择承台形式.

关键词：斜拉桥桩-土动力相互作用地震响应承台抗震性能

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独桩平台地震反应的TMD控制研究

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海洋工程 2001年第3期19卷 14-19页

作者：孙树民华南理工大学船舶与海洋工程系广东广州510640

采用调谐质量阻尼器 (TMD)对独桩平台的地震反应进行控制 ,按不考虑和考虑桩 -土动力相互作用两种情况分别对受控结构的地震反应进行了分析。结果表明 ,在考虑了桩 -土动力相互作用后 ,TMD的控制效果虽然比不考虑桩 -土动力相互作用时... 详细信息

采用调谐质量阻尼器 (TMD)对独桩平台的地震反应进行控制 ,按不考虑和考虑桩 -土动力相互作用两种情况分别对受控结构的地震反应进行了分析。结果表明 ,在考虑了桩 -土动力相互作用后 ,TMD的控制效果虽然比不考虑桩 -土动力相互作用时有所下降 ,但是仍然可以有效地控制独桩平台的地震反应。因此TMD是一种同样适用于独桩平台地震反应控制的结构振动控制技术。

关键词：独桩平台 TMD 结构振动控制桩-土动力相互作用地震反应调谐质量阻尼器

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基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究

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人民长江 2015年第23期46卷 82-86页

作者：李雨润史精梁艳张浩亮河北工业大学土木工程学院天津300401 河北省土木工程技术研究中心天津300401 河北工业大学城市学院土木工程系天津300130 铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院天津300251

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩... 详细信息

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析。结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大。自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求。

关键词： Opensees软件桩-土动力相互作用简化计算方法 p-y单元自由场

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地震条件下桩板结构受力分析

地震条件下桩板结构受力分析

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作者：陶云辉西南交通大学

学位级别：硕士

地震滑坡是一种常见的地震次生灾害形式,以其巨大的致灾力引起人们的广泛关注。我国西南地区区域地质背景复杂,是中国大陆内强震活动频率最高的地区。玉蒙铁路全线位于高烈度地震区(8度),该线大量使用了桩板墙结构,本文结合《高烈度地... 详细信息

地震滑坡是一种常见的地震次生灾害形式,以其巨大的致灾力引起人们的广泛关注。我国西南地区区域地质背景复杂,是中国大陆内强震活动频率最高的地区。玉蒙铁路全线位于高烈度地震区(8度),该线大量使用了桩板墙结构,本文结合《高烈度地震区膨胀岩(土)路堑支护结构试验研究》科研项目,对地震力作用下的桩板墙结构进行研究。本文归纳整理了边坡动力问题和桩—土动力相互作用的研究现状,总结了国内外在滑坡推力分布图形方面的一些研究。根据位移变形协调原理,将桩与锚索视为一整体,给出了锚索拉力及桩身内力的计算公式。模型的四周采用自由场边界,底部采用静边界,以应力时程为动荷载的输入方式,模型的阻尼采用局部阻尼,从而确定了FLAC3D的动力计算方法。以玉蒙铁路为工程背景,用FLAC3D程序建立桩板墙的三维模型,从基岩输入地震波,在此基础上对桩及滑坡土体进行动力时程分析,研究地震发生时桩前后土压力大小与桩身变形情况,不同地震力作用下桩前后土压力大小与桩身变形情况,有锚索和无锚索时桩前后土压力大小与桩身变形情况,考虑膨胀土强度折减时桩前后土压力大小与桩身变形情况。通过上述研究得出了地震力作用下桩前后土压力、桩身加速度和桩身变形的一些规律,可为桩板墙的抗震设计提供一些参考。

关键词：地震桩板墙 FLAC3D 桩-土动力相互作用

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基于改进Vlasov地基模型的单桩地震动响应研究

基于改进Vlasov地基模型的单桩地震动响应研究

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作者：邓方军湖南大学

学位级别：硕士

作为一种常见的深基础，桩基础具有较高承载能力、较强适应力和良好的稳定性。但地震震害调查发现，在较强的地震作用下，桩基础也经常发生破坏，从而造成建筑物的损坏甚至倒塌。桩基础地震动响应研究，目前已有理论计算方法还不能很好... 详细信息

作为一种常见的深基础，桩基础具有较高承载能力、较强适应力和良好的稳定性。但地震震害调查发现，在较强的地震作用下，桩基础也经常发生破坏，从而造成建筑物的损坏甚至倒塌。桩基础地震动响应研究，目前已有理论计算方法还不能很好地揭示其抗震机理。桩基础抗震计算研究的核心研究内容是桩-土动力相互作用。在以往解析研究中，利用Winkler地基梁模型来模拟地震作用下的桩-土动力响应是最主要的解析研究手段。其他如边界元法和有限元法等虽然能解决较复杂的问题，但是计算较复杂，其结果也需要解析方法进行验证。因此，地震作用下桩基础动力响应研究具有明显的工程实际意义和理论研究价值。本文基于改进Vlasov地基模型，分别对单桩竖向和水平向地震动响应进行了研究。首先，对竖向和水平向地震作用下的单桩桩-土系统分别提出了一个新的位移模式。然后，根据Hamilton原理，得到了位移模式中的未知函数的控制方程和边界条件。接着，本文引入一个迭代算法实现解耦求解。同时，通过与已有结果对比，验证了本文方法的正确性。最后，通过参数分析得到了一些重要的结论。本文主要的创新点是：(1)分别提出了一个全新的位移模式；(2)建立了基于改进Vlasov地基模型的桩-土模型，得到了单桩竖向和水平向地震动响应解析解；(3)针对单桩竖向和水平向地震动响应，分别提炼出了一个具有明确力学意义的物理模型。其中弹簧刚度和膜的参数具有明确的表达式。参数分析表明：竖向地震作用下，桩的长细比、桩-土模量比、激励频率都是影响桩-土动力响应的重要因素，而阻尼的影响较小；水平向地震作用下，桩的无量纲长度、桩的长细比、桩-土模量比都是重要的影响因素。

关键词：地震桩-土动力相互作用 Hamilton原理改进Vlasov地基模型

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