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在地震荷载作用过程中,由于桩身材料性能与周围土体性质差异较大,土体在桩-土接触面上发生张开或滑移,该强非线性接触行为直接影响接触面附近土体与桩体应力状态,从而影响上部结构地震响应水平。真实桩-土接触面由于桩身表面混凝土约束关系,具有一定厚度且存在相关体变规律的接触带。通过有限元软件ABAQUS用户自定义单元UEL程序编写改进Desai薄层接触单元,在Desai薄层接触单元中加入Rayleigh阻尼项以模拟地震作用时桩-土强非线性接触行为能量耗散过程。接触面法向与两切向本构关系采用双曲线模型。规定了Desai薄层接触单元在桩-土接触面上的行为模式以模拟土体在接触面黏结、滑动、张开、再闭合等接触状态。建立精细三维桩-土-结构体系动力相互作用模型以研究改进Desai单元对上部结构峰值动力响应水平影响,为工程结构抗震设计时程分析提供参考依据。 相似文献
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建立准确合理的接触面本构模型是研究桩基承载力、沉降及变形等问题的前提。考虑桩-土界面初始剪切刚度的深度效应,提出基于统计损伤本构模型的无厚度接触面本构模型,根据剪切试验的数据对改进的接触面本构模型参数进行拟合,得到了不同法向应力下的模拟曲线。利用FLAC3D软件内嵌的FISH语言,对桩-土界面进行改进本构模型的二次开发,提出的无厚度接触面模型合理地模拟出桩-土界面刚度的非线性,成功实现了桩-土剪切试验过程的数值模拟。计算结果表明：提出的无厚度接触面本构模型能够合理地模拟桩-土界面的力学行为,可以描述接触面刚度的非线性变化,也适于程序化计算,拓展了接触面统计损伤本构模型的应用领域,为深入探讨桩基承载变形性状奠定了基础。 相似文献
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云南南盘江大桥为7跨预应力钢构连续桥, 1、2号墩为桩基,采用人工挖孔灌注桩。No. 2嵌岩桩底下部12m处为强风化白云岩。对拟定的端承区域勘探发现在桩底的岩石- 混凝土接触区域有一溶洞,溶洞高约20m,垂直发育,洞底有粘土、碎石土充填,结构松散,粘土为软塑状。东南大学采用与O-cel l试验类似的平衡内部千斤顶系统进行了桩的荷载实验。O-cell试验安装在距桩底12m处,即靠近桩下部的弱风化与强风化岩石之间的接触区域。本文阐述了O-cell试验数值分析中用来反算桩体/岩石交接区域特性的部分。采用的数值分析软件为BAQUS,版本6. 4 ( ABAQ US, 2004) 。同时采用二维轴对称模型来对桩径2. 5m、桩长49m的钻孔桩进行O-cell试验数值模拟。假设加载的钻孔桩的变形与屈服发生在混凝土桩体与岩石的交接区域,混凝土桩为线弹性,强风化白云岩与弱风化白云岩为弹- 塑性,并可用Drucker- Prag er 模型( ABAQUS, 2004)表示,对岩石和混凝土- 岩体接触面的特性进行反算,然后用反算结果模拟桩顶荷载特征。数值模拟计算和现场载荷试验检测的载荷- 位移曲线对比表明,除了非弹性和永久变形外,整个向上与向下的变形与试验检测到的值基本相同。这主要是由于接触面模型的弹性性质所决定的,即它在卸载过程中会将滑动的接触面复原;而永久变形是岩体-混凝土接触面屈服的结果。必须指出的是,由于桩的承载力相对较高( 2. 5m桩径,嵌岩长度37m) ,试验不能达到最终荷载, 所以检测到的变形也较小( <10mm)。分别在桩端、O-单元荷载盒上37m处检测向上弯沉,并将结果与O-单元荷载盒顶部的弯沉作比较。结果发现,由于桩是由O-单元荷载盒底部向上加载,所以桩端的弯沉预计比O-单元荷载盒的弯沉小约5mm。这一差值几乎等于施加荷载状态下无限制(Δ= P L /A E )桩体的理论弹性缩短量。通过O-cell现场试验可以有效地观测加载状态下荷载弯沉反应情况和调整或校准数值分析中的材料模型,并可将之推广应用到相同地质条件下类似项目施工的其它桩的反应过程中。此外,还可以通过溶洞区域中的高承载力桩的O-cell试验结果来构建桩体摩擦反应的模型; 在模型摩擦反应基础上,可以估计桩端预计的变形反应值; 在交接面反应中,可以采用正弦接触面有效地引入人工粘结和表面粘结。 相似文献
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水平荷载下导管架平台桩基础的非线性有限元分析 总被引：2，自引：0，他引：2
导管架平台桩基础的控制荷载主要为风荷载、波浪荷载、地震荷载等水平荷载,为研究水平荷载下导管架平台桩基础的承载特性,采用非线性有限元分析方法对水平荷载下桩-土之间的相互作用进行研究,提出了有效模拟桩基水平承载特性的有限元模型,分析了模型桩的刚度、直径、土质参数中水平土压力系数、剪胀角对桩基承载特性的影响及水平荷载下群桩承载特性,并将有限元计算结果与API规范及模型试验结果进行对比。研究结果表明,非线性有限元分析方法分析水平荷载下桩-土相互作用是可行的,计算结果可为导管架平台的桩基设计提供参考。 相似文献
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选用刻画桩土接触面特性的有厚度接触面本构模型与土塑性特点的弹塑性本构工效的利用研制的二维有限元程序,研究了在荷载作用下桩的几何特征,物理特性与土的物理特性及接触面物理特性对桩基沉降的影响,得出了几点规律。 相似文献
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为探讨温度对桩?土接触面力学性质的影响,自主研制了一套温控桩?土接触面三轴试验仪。基于常规土工三轴仪压力腔,搭建桩?土接触面构件,分别增设桩体和土体温度控制系统,实现非等温条件下桩?土接触面热力耦合特性测试。开展了不同类型、温度荷载等级下桩?砂土接触面热?力耦合特性三轴试验,实测了桩体与土体温度控制精度、桩?土接触面剪切应力、不排水条件下的孔隙水压力以及排水条件下的体积变化等规律,初步验证了试验系统的可靠性和准确性。该试验系统结构简单、拆装方便,可实现温控桩?土接触面三轴试验与常规/温控三轴试验的自由切换。相关研究成果将为桩?土接触面热?力耦合机制与本构模型的建立提供技术支撑。 相似文献
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湛江组结构性黏土因其特有的结构特性而使该土层中桩基承载性状复杂,传统的桩基设计计算理论和方法应用于该土层中桩基承载力计算时其理论计算值与工程实测值或多或少存在一定误差而存在适用性问题。基于湛江组结构性黏土直剪试验及无侧限抗压强度试验,在剪切位移法的基础上,提出了桩土接触面软化模型,即桩土接触面处于弹性阶段时,桩侧摩阻力随位移线性增加;桩土接触面处于软化阶段时,桩侧摩阻力随位移线性减小,且减小速率与土体灵敏度、桩土接触面法向压力有关;桩土接触面处于滑移阶段时,桩侧摩阻力不随位移变化。依据该模型推导了湛江组结构性黏土中竖向荷载作用下单桩位移及轴力解析解,并比较了计算与试验结果,验证了所提模型的合理性。 相似文献
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长短桩复合地基中,地震发生时,短桩在降低长桩所受剪力和弯矩影响中起到重要作用。本研究对弹性地基中的钢管桩基础实行了静态有限元分析,以及动态离心模型试验,通过桩径、桩长、桩间距等参数进行剪切波速,长桩剪力弯矩的对比分析,得到一种新的水平向群桩效应系数计算方法,并通过对模型建筑物的模拟,验证了该方法的有效性与实用性。结果表明,静态有限元数值模拟分析和离心模型试验结果有较好拟合,不同震级作用下通过该方法均能给出较为合理的系数。本文结果可为长短桩复合桩基的抗震性能提供重要参考,实际工程中,通过调整桩径,桩长,短桩数量等参数,可以提出更为合理的设计施工方案。 相似文献
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刚性桩复合地基桩体抗震性能分析 总被引：2，自引：0，他引：2
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。 相似文献
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高承台群桩基础是高速铁路桥梁基础的一种常用形式,受到风、地震等荷载作用影响,常常需要承受较大的横向荷载。采用室内物理模型试验和三维有限元程序ABAQUS对软土地层中单桩、群桩的横向承载特性进行了研究,软土采用修正剑桥黏土本构模型,试验结果与有限元计算结果吻合较好。群桩研究方案包括了桩数的变化以及桩间距的变化。结果表明,群桩基础的基桩平均横向承载力（总承载力/桩数）较单桩基础显著增加,且水平荷载方向桩间距越大,其横向承载力越大;群桩基础基桩受力存在三维空间效应,不同位置基桩受力大小排序为角桩最大,其次为边桩,最小为中间桩,弯矩极值差异可达20%,群桩基础桩周土影响范围距外围基桩边缘净距离约为16D (D为桩径)。桩与桩相互影响效应对群桩水平承载不利,承台约束效应对水平承载有利。探讨了考虑上述两种效应的群桩效应系数计算方法,通过计算验证了该方法在软土地区高承台群桩基础横向承载力计算中的适用性。 相似文献
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基于复合地基-上部结构相互作用的静力分析已取得一定的研究成果,但其在动力荷载作用下,特别是地震作用下的动力响应却相当匮乏。首先借助有关试验通过ABAQUS和EERA的模拟分析,验证了基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性模型能较好地反映土体非线性动力特性以及采用有限元与无限元耦合的方法对土体无限边界的模拟。在此基础上,针对实际问题建立了刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,对其进行动力弹塑性时程分析,并讨论了该复合地基与桩基对地震响应的差异。深入研究了不同强度地震作用下,刚性桩复合地基的工作机制,包括桩体、褥垫层、筏板的动力响应以及上部结构的地震反应和抗震性能。结果表明,小震时褥垫层基本没有减震效果,大震时复合地基的抗震性能优于桩基。地震越强烈,减震效果越明显,但作用有限,减震系数一般在0.8以上,可为工程实践提供参考。 相似文献
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考虑土的非线性的水泥土桩复合地基特性分析 总被引：14，自引：1，他引：13
以水泥土桩单桩复合地基静载荷试验为原型,采用上海典型粘土层的非线性本构模型,以三维有限元对水泥土桩复合地基中的桩身应力、桩间土应力、位移特性进行计算分析,取得了一些用实测手段难以得到的结果,并将部分计算结果与实测资料进行对比分析。 相似文献
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水平荷载作用下PCC桩复合地基工作性状 总被引：5，自引：1，他引：4
利用河海大学岩土所自行研制开发的大型试验模型槽进行PCC桩水平承载足尺试验,实测得到了水平荷载作用下桩身弯矩分布。利用三维弹塑性有限元方法,研究了PCC单桩与等截面实心圆桩、PCC桩复合地基与等截面实心圆桩复合地基在水平荷载作用下的工作性状,对其桩身弯矩和水平位移的分布规律进行了比较,分析了竖向荷载、褥垫层厚度、基础埋深和置换率对PCC桩复合地基桩身性状的影响。研究表明,PCC桩复合地基在水平荷载作用下,随着竖向荷载、褥垫层厚度、基础埋深和置换率的增加,其桩身弯矩和水平位移随之减小。因此,在PCC桩复合地基设计时可以通过适度调整这些影响参数来减小水平荷载作用下的桩身弯矩和水平位移,确保桩身的安全。 相似文献
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CFG桩复合地基褥垫层的试验研究和有限元分析 总被引：9，自引：1，他引：8
针对CFG桩复合地基褥垫层效应问题,通过12根桩的单桩复合地基载荷试验,研究了不同厚度、不同材料的褥垫层对桩土应力比的影响。试验结果表明,褥垫层的厚度和刚度对CFG桩复合地基的桩土应力比均有影响,褥垫层过薄及过厚将使桩的承载力得不到有效发挥。利用有限元软件包ANSYS,建立了单桩复合地基有限元模型,分析了褥垫层厚度和变形模量对桩土应力比的影响,经与试验数据进行分析比较,得出了与试验结果相一致的结论。通过有限元分析结果与试验结果的对比分析,确定了CFG桩复合地基褥垫层的选用原则,从而为复合地基设计中褥垫层的设计提供了依据。 相似文献
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A non-linear three-dimensional finite element procedur is developed and applied for the analysis of pile group foundations. The numerical procedure allows for elastic, non-linear elastic and elastic-plastic hardening behaviour of sand. In order to include the interaction effects involving relative slip and debonding, the thin-layer interface element is used. The predictions for displacements and loads obtained from the numerical procedure are compared with laboratory model test results of a pile group. Displacements, stresses and forces distribution in various components of the pile group are also examined. Furthermore, the effects of the non-linear soil response and relative motions at the interface are indentified and discussed. 相似文献