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水平荷载作用下钢板桩码头的桩-土耦合分析

港工技术 2015年第6期52卷 33-37页

作者：汪宏刘彭江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

本文采用有限元软件ANSYS对钢板桩码头在水平荷载作用下的桩-土耦合进行数值分析,得到码头的整体位移以及钢板桩的位移和等效应力,不同水平荷载下的钢板桩的等效应力变化曲线图以及回填土的刚度对码头安全性的影响,为同类码头设计与改... 详细信息

本文采用有限元软件ANSYS对钢板桩码头在水平荷载作用下的桩-土耦合进行数值分析,得到码头的整体位移以及钢板桩的位移和等效应力,不同水平荷载下的钢板桩的等效应力变化曲线图以及回填土的刚度对码头安全性的影响,为同类码头设计与改造提供理论参考依据,并为提高码头安全性提出建议。

关键词：钢板桩水平荷载桩-土耦合 ANSYS

围桩-土拱弦式耦合（SPSC-AC）结构抗滑效果分析

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围桩-土拱弦式耦合（SPSC-AC）结构抗滑效果分析

作者：任勇江华东交通大学

学位级别：硕士

随着高速铁路里程的不断增加,越来越多的高速铁路修建在山区,山区地质条件复杂,加之降雨丰富,容易引起高速铁路路基边坡蠕动变形。在新型抗滑结构围桩-土耦合式抗滑桩（SPSC抗滑桩）基础上,针对高铁路基蠕滑提出了围桩-土拱弦式耦合抗... 详细信息

随着高速铁路里程的不断增加,越来越多的高速铁路修建在山区,山区地质条件复杂,加之降雨丰富,容易引起高速铁路路基边坡蠕动变形。在新型抗滑结构围桩-土耦合式抗滑桩（SPSC抗滑桩）基础上,针对高铁路基蠕滑提出了围桩-土拱弦式耦合抗滑结构（SPSC-AC抗滑结构）。由于该结构围桩较多、平面布置严格,桩-土作用复杂,将其应用于高铁路基蠕动治理、特别是动力作用下的抗滑效果有待进一步研究。依托合福高铁路基蠕滑防治工点,采用模型试验和有限元数值模拟手段,分析了不采用和采用SPSC-AC抗滑结构防治工况下坡体滑移情况,对比分析了在3d、4d和5d不同围桩桩间距下SPSC-AC抗滑结构变形情况、在静力和列车动荷载作用下路堤、桥台位移和SPSC-AC抗滑结构受力特点,揭示了SPSC-AC抗滑结构桩-土耦合机理,探讨了列车荷载工况下SPSC-AC抗滑结构的动力响应特征,研究成果可为高铁路基边坡蠕动整治设计提供参考。主要研究内容如下:（1）基于相似理论,确定模型试验的相似比,进一步开展模型箱设计、试验工况设计、测量系统设计、监测点位确定和准备模型试验材料,最后开展模型试验加载。（2）采集围桩桩身应变、土压力及桩顶位移数据,分析在未采用SPSC-AC抗滑结构防治工况下坡体滑移情况,对比在3d、4d和5d不同围桩桩间距下SPSC-AC抗滑结构防治的变形情况,着重分析抗滑效果及受力特点,同时对围桩桩-土耦合效应进行分析,揭示围桩间距与抗滑效果的联系,揭示桩-土耦合效应机理。（3）以现场实际和设计资料为依托,结合模型试验的研究成果,利用有限元软件Midas/GTS NX建立SPSC-AC抗滑结构防护下路基-桥墩-边坡三维数值计算模型,将列车荷载用均布荷载的形式来模拟,采用线性静力和强度折减法分析防治前路基边坡的稳定性及变形情况,对比在300mm、400mm和500mm不同围桩桩径下SPSC-AC抗滑结构防治的稳定性及变形情况,分析SPSC-AC抗滑结构的变形和受力情况,揭示围桩桩径与抗滑效果的内在联系。研究表明,在相同围桩间距下,最佳围桩桩径为400mm。（4）将列车荷载用时程曲线的形式来模拟,采用非线性时程法分析未采用SPSC-AC抗滑结构防治工况下坡体动力响应,对比250km/h、300km/h和350km/h不同列车速度下SPSC-AC抗滑结构防治下的动力响应,着重分析其抗滑效果和受力特点,探讨列车荷载工况下SPSC-AC抗滑结构的动力响应特征,得到围桩桩径取为400mm、围桩间距4d采用拱弦式围桩-土耦合结构的抗滑效果最佳,提出抗滑结构的优化建议。

关键词：路基蠕滑围桩桩-土耦合抗滑结构抗滑效果

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桩柱结构在地震作用下非线性响应研究

岩土力学 2016年第5期37卷 1259-1267页

作者：梁书秀孙昭晨张卫平王兴刚大连理工大学港口海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 南京水利科学研究院江苏南京210029

基于试验基础上建立的经典弹塑性模型——剑桥模型能够准确描述正常固结土的应力-应变关系。当土体的应力历史上经历过卸载或受到循环交变荷载作用即进入超固结状态,它作为土的应力历史的反映,相比正常固结土受力特性有着显著的差异。... 详细信息

基于试验基础上建立的经典弹塑性模型——剑桥模型能够准确描述正常固结土的应力-应变关系。当土体的应力历史上经历过卸载或受到循环交变荷载作用即进入超固结状态,它作为土的应力历史的反映,相比正常固结土受力特性有着显著的差异。为研究超固结因素对土体加载特性的影响,在引入能考虑超固结状态影响的下负荷面剑桥模型后,通过三轴压缩和剪切试验对处于超固结状态下土体的受力特性进行了对比分析,并对循环剪切加载下的应力-应变关系以及超固结比的演化规律进行了研究。结果表明,下负荷面剑桥模型能准确反映超固结因素对土体力学特性的影响,相比原状土有着更高的屈服强度。而通过数值模拟自由场地基在地震作用下的动力响应可以看出,超固结因素对地基的动力响应起到了不可忽略的影响,尤其在强震下更需要考虑其影响。在自由场地基地震动力响应基础上,通过对桩柱结构桩-土耦合系统在地震作用下非线性动力响应的模拟对土体非线性以及超固结因素的影响进行了对比研究,研究表明:土体的非线性因素能显著降低结构振动响应中的高频成分,由于土体在交变加载下很快进入超固结状态,相对于剑桥模型,下负荷面剑桥模型在考虑超固结因素后土体的承载性能显著提高,尤其在强震作用下超固结因素带来的影响更加明显,因此,建议对桩基结构物地震响应研究考虑超固结因素影响,以提高桩基结构物地震响应模拟的精确度和可靠性。

关键词：非线性响应桩-土耦合下负荷面剑桥模型超固结

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饱和地基下桩柱结构地震响应

水运工程 2017年第5期 143-149页

作者：杨章锋张卫平广东海洋大学海洋工程学院广东湛江524088 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 大连理工大学港口海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

通过建立两相饱和地基下桩-土耦合系统的动力分析有限元数值模型,对饱和自由场地基以及桩柱结构在地震作用下的动力响应进行数值模拟研究。结果表明:在地震作用下超孔隙水压沿深度方向呈现出指数衰减趋势,在地表处更易导致地基液化从而... 详细信息

通过建立两相饱和地基下桩-土耦合系统的动力分析有限元数值模型,对饱和自由场地基以及桩柱结构在地震作用下的动力响应进行数值模拟研究。结果表明:在地震作用下超孔隙水压沿深度方向呈现出指数衰减趋势,在地表处更易导致地基液化从而散失承载能力。随着超孔隙水压的上升土体强度降低后,饱和地基土层对地震波的高频成分有明显的选择性滤波作用。在桩柱结构地震响应分析中,受桩土间动力耦合作用的影响,桩侧土体比远场地基土更易液化。随着地基承载力的降低,导致桩柱动力以及弯矩响应上升。研究结果与已有桩基础震害经验相符,其方法和结论可对饱和可液化地基抗震工程提供参考。

关键词：两相饱和土超孔隙水压桩-土耦合选择性滤波

靠泊油轮的高桩码头抗风性能的三维数值仿真分析

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水运工程 2017年第4期 77-83页

作者：曾庆敦杨迟华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

为了研究高桩码头靠泊30万t油轮时的抗强风承载力,采用ANSYS APDL和ANSYS Workbench平台,分别建立不同土体模型的三维有限元实体模型。对同一高桩码头结构进行抗风承载力计算,得到两个模型多种工况下码头结构的抗风承载力计算结果。比... 详细信息

为了研究高桩码头靠泊30万t油轮时的抗强风承载力,采用ANSYS APDL和ANSYS Workbench平台,分别建立不同土体模型的三维有限元实体模型。对同一高桩码头结构进行抗风承载力计算,得到两个模型多种工况下码头结构的抗风承载力计算结果。比较了不同土体模型对高桩码头抗风承载力的影响,为现有靠泊大型船舶的高桩码头的抗风承载力验算提供了参考依据。

关键词：高桩码头抗风桩-土耦合非线性

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大跨度系杆拱桥地震反应特性分析研究

大跨度系杆拱桥地震反应特性分析研究

作者：严猛西南交通大学

学位级别：硕士

桥梁结构是交通生命线工程的重要组成部分,是公路、铁路交通系统的咽喉要道,地震因其突发性和破坏力而被列为各种自然灾害之首,而当地震发生时,桥梁较易发生破坏,而且修复时间较长,从而给震后救援及灾区重建工作带来较大影响。本文在国... 详细信息

桥梁结构是交通生命线工程的重要组成部分,是公路、铁路交通系统的咽喉要道,地震因其突发性和破坏力而被列为各种自然灾害之首,而当地震发生时,桥梁较易发生破坏,而且修复时间较长,从而给震后救援及灾区重建工作带来较大影响。本文在国内外有关研究成果的基础上,以菜园坝长江大桥为工程背景,对大跨度系杆拱桥地震反应进行了以下几方面的研究：1、对时程分析法、反应谱法、随机振动分析方法进行了总结,比较了彼此的优缺点。2、运用既有动力学理论,选取相应动力学方程来描述大跨度拱桥的动力性能,并根据文献研究的结果选用适当的求解方法。3、对菜园坝长江大桥进行反应谱及时程地震反应分析,同时探讨竖向输入对结构地震反应的影响,并对各种地震动输入下,桥梁结构各关键截面的内力及位移反应进行比较和分析,得到一些有益的结论。4、综合时程分析和反应谱分析计算结果,对大跨度拱桥地震反应特点进行总结。

关键词：大跨度系杆拱桥地震反应分析桩-土耦合反应谱动态时程

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海中钢管格构墩在波浪作用下的动力响应研究

海中钢管格构墩在波浪作用下的动力响应研究

作者：赵美荣重庆交通大学

学位级别：硕士

目前在大型跨海桥梁工程建设过程中,存在许多强浪水域的海上作业。结构容易在恶劣浪涌作用下发生晃动,施工稳定性难以保证。桥墩作为桥梁的重要承重结构,在服役期间,由于地震、洪水和台风等自然灾害所引起强大的波流效应,成为了威胁桥... 详细信息

目前在大型跨海桥梁工程建设过程中,存在许多强浪水域的海上作业。结构容易在恶劣浪涌作用下发生晃动,施工稳定性难以保证。桥墩作为桥梁的重要承重结构,在服役期间,由于地震、洪水和台风等自然灾害所引起强大的波流效应,成为了威胁桥墩结构安全性的一个重要因素。特别是在恶劣水文条件下受到波浪荷载影响时,有着更高的水毁失效风险,影响工程安全。因此,研究波浪荷载作用对水下结构的动力响应问题,对海洋结构的设计和安全有着重要参考价值。本文以佩列沙茨大桥项目工程的钢管格构墩为依托,基于线性波理论,运用理论计算、数值模拟等方法,分析了波浪荷载作用下钢管墩的动力响应问题。采用有限元软件ABAQUS中声固耦合方法(CAS法)建立三维模型,通过Fortran语言编制荷载子程序“Utracload”进行相应的波浪荷载的加载,对钢管格构墩在波浪荷载作用下的动力响应展开研究,具有一定的工程应用价值。本文主要研究工作如下:(1)梳理并总结了国内外结构物波浪力计算和动力分析的研究现状,根据实际工程概况和环境条件,如水深、波高及海中钢管格构墩桩基础尺寸,选取线性波理论并采用Morison方程计算了作用在小尺度桩柱上的波浪力。(2)阐述了声固耦合在ABAQUS中的实现方法,确定了土体本构模型,将Morison方程计算所得的波浪荷载通过子程序“Utracload”进行加载,并通过建立梁单元和壳单元的钢管模型,得到钢管上的波浪力合力随时间的变化规律,验证了荷载子程序“Utracload”的正确性;并将数值模拟波浪力值与理论计算是波浪力进行对比,证明了模型的有效性。(3)依据声固耦合方法,采用ABAQUS软件建立了水-桩-土全耦合有限元数值模型,首先对墩结构进行模态分析,获得的前六阶自振特性及特征值,自振周期远小于波浪周期,不会产生共振效应。对结构进行动力隐式分析并与静力分析做比较,在静力分析中不考虑惯性力的作用,其墩顶最大变形量仅是动力分析的60%,采用静力分析会使得结构处于不利的状态。(4)以水-桩-土相互作用的计算模型为参考,比较了水平波浪荷载作用下桩-土和水-桩相互作用对桩体位移、变形和内力的响应规律,计算结果表明:在波浪荷载作用下,三种耦合工况对桥墩的动力响应变化规律基本一致,桩-土不耦合模型与全耦合模型的最大位移和弯矩差值大于不考虑水-桩耦合模型与全耦合模型的差值,这说明桩-土耦合作用对波浪参数的敏感性更高。(5)分析不同波浪参数对波浪力作用下桥墩的内力及墩顶位移的影响规律,结果表明:随着波高和水深增加,桥墩内力及墩顶位移整体呈现增大趋势,且随波高的增加加速增长;桥墩内力及墩顶位移随着周期增加逐渐降低,但减小的趋势逐渐平缓。在波流联合作用时,由于有水流的作用,钢管桩的振动更为剧烈。而且结构整体应力的极值变化也更为剧烈。随着水流速度的增加,水流的拖拽力使波流力持续增加。在水流较大时,在波流联合作用中水流力对桥墩起主要影响。但不能忽略波浪的影响。

关键词：波浪荷载桩-土耦合 ABAQUS声固耦合动力响应

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千枚岩倾倒体陡坡桩基非线性有限元分析

江西科学 2010年第4期28卷 491-494页

作者：申永康陈海富杨凌职业技术学院建筑工程系陕西杨凌712100 陕西省商南县水保局陕西商南726300

千枚岩倾倒体陡坡地质状态稳定性差、地质灾害严重发育,是危害最大的地质类型之一。采用桩基工程不仅能加强千枚岩倾倒体陡坡的稳定性又能提高地基承载能力,是处理这种地质状态有效的基础方法。结合某渡槽基础加固方案,利用ADINA软件建... 详细信息

千枚岩倾倒体陡坡地质状态稳定性差、地质灾害严重发育,是危害最大的地质类型之一。采用桩基工程不仅能加强千枚岩倾倒体陡坡的稳定性又能提高地基承载能力,是处理这种地质状态有效的基础方法。结合某渡槽基础加固方案,利用ADINA软件建立考虑千枚岩倾倒体陡坡地质与桩基受力耦合的复杂性桩-千枚岩三维有限元模型,进行10个模型4种工况的对比分析。分析研究表明,倾倒体滑移对桩基变形,特别是水平变形影响很大。该研究成果可为工程提供参考。

关键词：千枚岩倾倒体陡桩-土耦合

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大跨度系杆拱桥地震反应特性分析研究

西南公路 2011年第4期 11-15页

作者：严猛杨永清余小华罗丝雨西南交通大学土木工程学院成都610031

以菜园坝长江大桥为实例,采用空间有限元分析方法,分析特殊系杆拱桥动力特性及地震反应特点;通过反应谱法和时程分析方法,研究讨论竖向输入对结构地震反应的影响;综合时程分析和反应谱分析计算结果,对实例拱桥地震反应特点进行总结,分... 详细信息

以菜园坝长江大桥为实例,采用空间有限元分析方法,分析特殊系杆拱桥动力特性及地震反应特点;通过反应谱法和时程分析方法,研究讨论竖向输入对结构地震反应的影响;综合时程分析和反应谱分析计算结果,对实例拱桥地震反应特点进行总结,分析成果可为同类桥梁结构抗震设计借鉴参考。

关键词：大跨度系杆拱桥地震反应分析桩-土耦合反应谱时程分析