摘要：现行的桩基设计方法主要基于线弹性理论及采用半经验假定,难以准确地检验长桩在土体非线性条件下的稳定性。基于非线性有限单元分析理论,提出了高性能桩单元分析法用于非线性分析,可直接检验单桩稳定性且无需假定桩的计算长度系数。在桩单元推导过程中,通过整合在单元内部的连续弹簧以考虑土-结构相互作用(SSI),能够大幅提升计算效率。使用牛顿-拉夫逊迭代法进行迭代运算,利用推导的相应单元切线刚度矩阵预测位移,并通过割线关系减少每一步迭代中产生的误差,在桩的大变形条件下采用更新拉格朗日法确定平衡条件。算例验证表明,桩单元模型在考虑土体非线性条件下,能高效、可靠地对单桩进行分析和设计。

摘要：多层地基水平受荷桩的受力变形特性分析是设计中的关键步骤。针对传统有限单元法在准确性与计算效率上的不足,提出了一种用于分析该类桩基的高性能有限单元法。该法构建了一种桩单元,并采用分布在单元内部的连续"土体弹簧"反映非线性桩-土相互作用。其最大特点是在桩单元内部整合了"土体弹簧",即桩单元同时包含了桩体与土体信息。推导了适用于多层地基中的桩单元,并引入高斯-勒让德方法简化总势能求和过程;推导了单元刚度矩阵并运用在牛顿-拉夫逊增量迭代数值分析中,引入割线关系减少迭代过程中的累计误差。此外,该法还通过更新拉格朗日方法来考虑几何大变形。算例结果表明:高性能有限单元法与解析解及现场试验结果吻合较好;在多层地基条件下,桩单元模型较离散弹簧单元模型可大幅减少单元数目及计算时长,可有效提高计算效率。