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双参数层状地基中水平动荷载和扭转振动组合作用下受荷桩受力变形分析

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岩土力学 2024年第4期45卷 961-972页

作者：江杰陈丽君柴文成艾永林欧孝夺广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西大学特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室广西南宁530004 广西瑞宇建筑科技有限公司广西南宁530004

为了更准确地分析桩顶在承受水平动荷载H(t)和扭转振动T(t)组合荷载作用下的受力变形特性,基于pasternak模型,考虑多向荷载间的相互作用,建立层状地基中H(t)-T(t)受荷桩简化分析模型。利用有限杆单元法推导出桩身内力位移数值解,并与已... 详细信息

为了更准确地分析桩顶在承受水平动荷载H(t)和扭转振动T(t)组合荷载作用下的受力变形特性,基于pasternak模型,考虑多向荷载间的相互作用,建立层状地基中H(t)-T(t)受荷桩简化分析模型。利用有限杆单元法推导出桩身内力位移数值解,并与已有相关理论解、模型试验和有限元模拟结果进行对比验证。参数分析表明:(1)与Winkler模型计算结果相比,考虑土体剪切效应后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别减小了11.8%和10.5%。(2)增大外荷载无量纲频率可减小桩身水平位移和弯矩,但同时会减小H(t)-T(t)耦合刚度。(3)在层状地基中,表层土对桩身内力位移的影响最大,且存在临界影响深度,表层硬土的临界影响厚度是表层软土临界影响厚度的3.5~6.5倍。(4)采用杆单元模型可减少单元划分数量和计算时间,有效提高计算效率。

关键词：桩基 pasternak模型多向荷载层状地基有限杆单元法

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基于pasternak地基模型的钢顶管纵向稳定性研究

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特种结构 2020年第1期37卷 48-53页

作者：宣锋黄彪夏鑫磊上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司

本文采用pasternak地基模型,研究了钢顶管在纵向顶力作用下,顶管长径比、径厚比、椭圆度、轴线偏差与地基反力系数对其纵向稳定性的影响。参数分析结果表明,钢顶管径厚比小于150时对纵向稳定性影响不大;地基反力系数对钢顶管纵向失稳模... 详细信息

本文采用pasternak地基模型,研究了钢顶管在纵向顶力作用下,顶管长径比、径厚比、椭圆度、轴线偏差与地基反力系数对其纵向稳定性的影响。参数分析结果表明,钢顶管径厚比小于150时对纵向稳定性影响不大;地基反力系数对钢顶管纵向失稳模态具有一定影响,对纵向稳定性系数的影响较小;顶管椭圆化率会减弱顶管的纵向稳定性,但降幅并不显著。纵向稳定性系数随长径比的增大呈线性折减,随轴线偏差值的增加而显著降低。综合长径比和轴线偏差因素,可得钢顶管稳定系数的经验公式,为顶管设计施工提供理论依据。

关键词： pasternak模型钢顶管纵向稳定性顶力

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液化土层中管道结构的理论分析与有限元模拟

液化土层中管道结构的理论分析与有限元模拟

作者：杨春生暨南大学

学位级别：硕士

土壤在地震作用下发生液化时,会造成埋地管道的变形和破坏。本文针对液化土层中埋地管道的上浮现象,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对场地液化下埋地直管、三通管、变径管的力学特性进行分析,在此基础上探讨管段在热力耦合及流固... 详细信息

土壤在地震作用下发生液化时,会造成埋地管道的变形和破坏。本文针对液化土层中埋地管道的上浮现象,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对场地液化下埋地直管、三通管、变径管的力学特性进行分析,在此基础上探讨管段在热力耦合及流固耦合作用下的变形机理。所开展的研究工作和获得的主要研究结论如下:(1)基于pasternak地基模型,简化土层中管道上浮反应的力学分析模型,建立土壤液化中直管的受力分析方法。结果表明,pasternak地基模型相对于弹性地基模型,能够更好的模拟出非液化区土壤间力的传递;液化区长度越大,管道上浮位移及轴向应力越大;管壁越厚,管段位移和应力反应越小;非液化区地基反力系数越大,管段的挠度和弯矩越小,液化中心的Mises应力越小,而液化区与非液化区过渡处的Mises应力越大;地基剪切刚度越大,管段挠度和弯矩越大,液化区中心的Mises应力越大,但非液化区与液化区过渡处的Mises应力越小。将计算结果与文献及数值模拟的结果进行对比。(2)采用管土接触模型和土弹簧模型,分别模拟非液化区和液化区中的管土相互作用,并考虑土壤液化的过渡区,在此基础上对土壤液化下埋地三通管段、变径管段进行数值模拟,探讨不同管道参数和土壤参数对管段力学特性的影响。结果表明,在管段上浮时,三通管段连接处出现应力集中更容易破坏;液化区中变径管段的细管的轴向应力和Mises应力比粗管段大;管道内压和管径越大,管道的上浮位移、轴向应力及Mises应力越大;管道埋置深度和管道壁厚的增加有利于减小管道的上浮反应。(3)考虑管道运行温度对场地液化埋地三通管段、变径管段上浮反应的影响,运用有限元数值模拟探讨管段膨胀变形机理,分析了不同温度、不同管段运行内压对管道变形和应力的影响。研究发现,运行温度引起的热膨胀力让管段在锚固段出现应力最大值;温度和内压增大,三通管道、变径管道的上浮位移、轴向应力及Mises应力增大。(4)基于流固耦合方程,运行有限元分析软件建立三通管段和变径管段的流固耦合模型,对比分析了空管、水管、考虑流固耦合作用时三种不同模型的管道力学特性,探究了不同液体流速和不同流体密度对管段上浮位移及Mises应力的影响。研究结果表明,液化土中埋地三通管段和变径管段在考虑管内流固耦合作用时,管道上浮位移、轴向应力及Mises应力发生明显增大;三通管段内流速越大,管道上浮位移和Mises应力越小三通管段内流体密度越小,管道上浮位移和Mises应力越大;变径管段内流速增大,管道上浮位移和粗管段Mises应力增加,细管段Mises应力减小;变径管段内流体密度减小,管段上浮位移和Mises应力增大。

关键词：埋地管道土壤液化 pasternak模型管道节点力学响应

双参数层状地基中大直径单桩水平振动解析解与分析

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振动工程学报 2022年第3期35卷 585-594页

作者：辛宇崔春义许成顺梁志孟王本龙裴华富大连海事大学土木工程系辽宁大连116026 北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100124 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

基于pasternak地基和桩体Timoshenko梁理论,考虑了轴向作用二阶效应,建立了大直径桩-成层土相互作用体系水平振动分析简化模型,采用微分变换方法和双剪切理论,结合桩土连续边界条件,进而推导出桩身位移、内力、转角解析解,并与已有相关... 详细信息

基于pasternak地基和桩体Timoshenko梁理论,考虑了轴向作用二阶效应,建立了大直径桩-成层土相互作用体系水平振动分析简化模型,采用微分变换方法和双剪切理论,结合桩土连续边界条件,进而推导出桩身位移、内力、转角解析解,并与已有相关解析解进行退化对比验证。在此基础上,探讨了桩身长径比、地基剪切系数、桩土模量比、桩身剪切变形系数及轴向荷载对桩基水平振动特性的影响规律。计算分析结果表明推导所得对应解析解,能综合考虑轴向压力二阶效应、桩周土和桩身剪切变形的影响,可为大直径桩基工程相关水平向振动分析和设计提供参考。

关键词：桩基水平振动 pasternak模型 Timoshenko梁成层土

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锁脚锚管受力分析的双参数弹性地基梁模型

岩石力学与工程学报 2016年第5期35卷 989-999页

作者：陈丽俊张运良大连理工大学水利工程学院辽宁大连116024

针对Winkler地基梁模型的固有缺陷,将能够反映地基连续性的pasternak双参数地基梁模型引入到锁脚锚管–钢拱架的联合承载分析中,考虑锁脚锚管与钢拱架之间的变形协调与荷载传递,采用结构力学和弹性地基梁理论推导锁脚锚管挠度、剪力、... 详细信息

针对Winkler地基梁模型的固有缺陷,将能够反映地基连续性的pasternak双参数地基梁模型引入到锁脚锚管–钢拱架的联合承载分析中,考虑锁脚锚管与钢拱架之间的变形协调与荷载传递,采用结构力学和弹性地基梁理论推导锁脚锚管挠度、剪力、弯矩和地基反力的解析表达式。分别通过算例和工程实例考察不同地基基床系数和剪切刚度对锁脚锚管力学行为的影响规律,并与Winkler地基梁模型进行比较。结果表明:基床系数越小,2种模型计算所得锁脚锚管剪力、弯矩以及地基反力等的差异越明显;由双参数模型所得的地基反力数值较大,而且分布范围更小,主要集中在锁脚锚管端部附近区域;由双参数模型所得的隧道下沉量要小于Winkler模型的计算值。给出了适当减小锁脚锚管长度,并增大其直径的建议。研究成果可为软弱围岩隧道支护设计提供理论参考。

关键词：隧道工程锁脚锚管钢拱架 pasternak模型 Winkler模型

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采用双参数地基模型分析管棚变形及内力特征

北京工业大学学报 2008年第9期34卷 938-943页

作者：张明聚江一帆潘庆明吴定燕北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100022 中铁十七局集团有限公司第六工程有限公司福州350014

管棚法在暗挖地下工程中已有较多的应用,通过对管棚力学特征进行理论分析,以期对其设计与施工有所帮助.以北京地铁4^#线西单站工程为例,建立管棚受力的双参数弹性地基梁模型,推导出管棚的挠度及转角、弯矩微分方程,并进行求解,根据管棚... 详细信息

管棚法在暗挖地下工程中已有较多的应用,通过对管棚力学特征进行理论分析,以期对其设计与施工有所帮助.以北京地铁4^#线西单站工程为例,建立管棚受力的双参数弹性地基梁模型,推导出管棚的挠度及转角、弯矩微分方程,并进行求解,根据管棚两端支撑条件,分析了其变形和内力特征.分析表明,管棚的最大挠度和最大剪力出现在掌子面附近已开挖未支护的部分,掌子面前方1.5～2.0倍开挖高度范围内的围岩有变形和松动.

关键词：管棚弹性地基梁模型暗挖法 pasternak模型力学模型

基于柔性步行路径的双足步行机器人步态参数分析

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第10期45卷 3443-3449页

作者：陆荣信陈建芳冯朝肖晓晖徐俊吴怡武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072

建立机器人-步行路径间的刚柔耦合模型,分析路径参数对机器人步态参数的影响规律。首先,采用基于自然零力矩点（ZMP）轨迹的步态规划方法,通过给定参考ZMP轨迹获取机器人质心轨迹,插值得到机器人在刚性路径下的步态;其次,基于pasternak... 详细信息

建立机器人-步行路径间的刚柔耦合模型,分析路径参数对机器人步态参数的影响规律。首先,采用基于自然零力矩点（ZMP）轨迹的步态规划方法,通过给定参考ZMP轨迹获取机器人质心轨迹,插值得到机器人在刚性路径下的步态;其次,基于pasternak地基模型,在ANSYS中建立公路的多层柔性模型,导入ADAMS中与机器人多刚体模型耦合。通过3组柔性参数与理想刚性路面假设下的步行仿真,分析地面的柔性参数对机器人质心与ZMP轨迹、关节驱动力矩等参数的影响。研究结果表明：机器人在柔性地基公路上步行时质心高度比较稳定,波动小于2.6%,质心沿前进方向移动距离接近预期规划的步行距离,比刚性路径假设下的步行效率高;驱动力矩变化趋势与刚性路径变化趋势基本一致,其中支撑腿相应关节的驱动力矩突变峰值减少8.3%-33.4%,关节运动更平稳;足底接触力较刚性路径波动范围增大7.2%-16.7%,地面对机器人的冲击减少约8.0%。在自然柔性地面环境中,双足步行机器人的步态效率更高,运动更平稳。

关键词：双足步行机器人步态规划柔性路径 pasternak模型刚-柔耦合

基于渗流应力耦合的盾构隧道开挖对邻近桥梁桩基的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第3期52卷 983-993页

作者：黄戡孙逸玮杨伟军匡希龙周经伟李宇健黄先强长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 长沙学院土木工程学院湖南长沙410022

基于pasternak地基模型推导分层地基中盾构施工引起的邻近桩基竖向和水平位移理论解,并建立三维有限元模型,结合现场实测对比各种计算工况下桥墩沉降量和桩身竖向位移。同时,基于流固耦合理论分析桩身的竖向、水平向和沿隧道纵向的位移... 详细信息

基于pasternak地基模型推导分层地基中盾构施工引起的邻近桩基竖向和水平位移理论解,并建立三维有限元模型,结合现场实测对比各种计算工况下桥墩沉降量和桩身竖向位移。同时,基于流固耦合理论分析桩身的竖向、水平向和沿隧道纵向的位移过程及桩身应力变化趋势。研究结果表明:流固耦合下开挖掌子面上方土体渗流速度较周围土体的渗流速度快,盾构通过后隧道两侧地下水表呈现出“U”形向隧道上方补给的流动状态;桩身竖向位移以隧道顶部水平位置为界,上部桩身沉降,下部桩身向上位移;桩身水平位移呈现出“S”形分布,在隧道附近产生应力集中;桩身竖直和水平向位移在盾构通过桩基后10环(15 m)趋于稳定,桩身沿隧道纵向位移最大值出现在盾构到达桩基位置处,之后出现部分回弹;考虑流固耦合分析的桥墩沉降计算结果与现场实测结果相吻合。

关键词：盾构隧道桥梁桩基 pasternak模型流固耦合数值分析

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横向荷载作用下锚索变形及受力机理研究

铁道工程学报 2017年第3期34卷 1-5,79页

作者：李金华朱海西宋涛西安科技大学西安710054

研究目的:随着西部地区高速铁路的快速发展,由于受到地形和线型的制约,不可避免地遇到大量的边坡锚索加固工程。由于锚索穿越边坡滑移面时锚固段的受力情况较为复杂,还需进一步完善。本文基于pasternak双参数地基理论,考虑岩土体之间的... 详细信息

研究目的:随着西部地区高速铁路的快速发展,由于受到地形和线型的制约,不可避免地遇到大量的边坡锚索加固工程。由于锚索穿越边坡滑移面时锚固段的受力情况较为复杂,还需进一步完善。本文基于pasternak双参数地基理论,考虑岩土体之间的相互剪切作用,建立横向荷载作用下锚固段的力学模型,并以某黄土边坡锚索加固工程为算例,分析不同参数下锚固段的变形规律和受力特征。研究结论:(1)给出了锚索锚固段穿越滑移面时锚索变形、弯矩、剪力及岩土体反力计算公式,给出了土体松动区范围的计算方法;(2)分析表明,剪切荷载和抗弯刚度对锚索的变形和受力影响较大,锚索变形和受力主要集中在滑移面附近;(3)在抗弯刚度达到一定值后,剪切位移、土体反力分别与抗弯刚度呈线性减小,锚索的剪切位移随剪切荷载呈线性增加;(4)该研究结果可为高速铁路边坡锚索加固工程的设计和施工提供借鉴。

关键词：锚索 pasternak模型横向荷载滑移面受力机理