淺談樁—土—結(jié)構(gòu)動力相互作用的數(shù)值分析

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1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文樁—土—結(jié)構(gòu)動力相互作用的數(shù)值分析姓名：楊小衛(wèi)申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：胡春林20060401武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要樁基是一種歷史悠久而又被廣泛采用的基礎(chǔ)型式。歷次世界大地震中，均出現(xiàn)了各類樁基礎(chǔ)的嚴(yán)重破壞現(xiàn)象。由于破壞的隱蔽性，使得己破壞樁基的修復(fù)極為困難而且耗資巨大。在現(xiàn)有樁基抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中提出了一些樁基抗震的構(gòu)造措施，但缺乏系統(tǒng)性和針對性。試驗(yàn)表明，在地震作用下，地基與結(jié)構(gòu)之間存在很強(qiáng)的動力相互作用。對地震作用下土一樁一結(jié)構(gòu)動力相互作用進(jìn)行數(shù)值模擬研究具有重要的學(xué)術(shù)

2、意義和工程實(shí)用價(jià)值。作者對樁的震害特點(diǎn)、破壞形式、樁一土一結(jié)構(gòu)動力相互作用的分析方法等幾個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)地總結(jié)。地震作用下樁一土一結(jié)構(gòu)動力相互作用是一個(gè)多學(xué)科交叉，多部門關(guān)注的復(fù)雜課題。針對不同的具體問題，一方面要改進(jìn)與發(fā)展理論嚴(yán)密的精細(xì)分析方法，同時(shí)也要發(fā)展計(jì)算摸型簡單、參數(shù)便于確定的實(shí)用性較強(qiáng)的簡化分析方法，以滿足不同工程的抗震設(shè)計(jì)要求。本文采用動力有限元分析方法，將研究體系簡化為平面模型，重點(diǎn)研究了樁一士一結(jié)構(gòu)動力相互作用體系的動力特性和基樁的抗震性能等，主要開展了如下工作：(1)選擇適合樁一土一結(jié)構(gòu)動力相互作

3、用分析的材料本構(gòu)關(guān)系，研究了樁一土一結(jié)構(gòu)動力相互作用體系二維有限元分析的一種實(shí)用方法。上部結(jié)構(gòu)采用線彈性的本掏模型，下部土體采用等效非線性本構(gòu)關(guān)系或基于Drucker—Prager屈服準(zhǔn)則的彈塑性模型，確定了相應(yīng)模型的矩陣及模型所需的相關(guān)參數(shù)。探討了非線性動力方程的求解方法，單元的選取，土體邊界的模擬方法，網(wǎng)格大小的劃分，重力的考慮等。(2)進(jìn)行了不同輸入地震動、不同場地條件下樁士體系的地震反應(yīng)分析及地震作用下樁土體系的參數(shù)敏感性分析；探討了在地震作用下考慮士體彈塑性時(shí)樁土體體系的動力相互作用。既使在相同地質(zhì)條件、相

4、同地震動加速度峰值的條件下，如果輸入地震波的波形不同，得到的樁土體系的地震反應(yīng)也不同，并對放大倍數(shù)或高頻過濾產(chǎn)生影響。樁土體系上部土體的剮度越大，樁身的水平位移、加速度越小，但對較深處樁的位移和加速度的影響較小。調(diào)整相應(yīng)的模型參數(shù)進(jìn)行多因素敏感性分析，得到樁土模量比對樁項(xiàng)水平位移及樁身最大彎矩的影響最大，地震動的輸入水平次之、樁的長徑比影響較小。在土體基本彈性參數(shù)不變時(shí)，考慮土體彈塑性后，樁身的水平相對位移、加速度和剪力均可能減?。涸谒降卣鹱饔孟?，單層土體的破壞表現(xiàn)為剪切型特性，而多層土體武漢理_[大學(xué)碩士學(xué)位論文

5、中多呈現(xiàn)彎剪型特性；樁身的存在．一般會大大減小樁周土的位移和加速度。(3)在樁一土一結(jié)構(gòu)動力相互作用分析中，重點(diǎn)研究了土體液化前后對基樁動力響應(yīng)的影響。隨著土體液化深度的加深，體系的自振周期隨之增大，樁的最大水平位移相應(yīng)增大，樁頂處的剪力和彎矩也增大；而且士體液化可能會引起第一個(gè)軟硬土層分界面處的剪力和彎矩的很大的增幅。同時(shí)研究了樁周土及樁間距對樁基地震反應(yīng)的影響。樁身的最大水平位移發(fā)生在樁頂處：當(dāng)軟土厚度較小時(shí)，樁頂?shù)膬?nèi)力較大；當(dāng)軟土厚度較大時(shí)，軟硬土層分界面處的內(nèi)力較大；樁間距(或樁數(shù))的變化會引起軟硬土層分界處

6、內(nèi)力的較明顯變化。同時(shí)探討了上部結(jié)構(gòu)剛度的改變對基樁抗震性能的影響；隨著上部結(jié)構(gòu)剛度的增大，體系的自振周期減?。畼兜淖畲笏轿灰葡鄳?yīng)增大，樁頂處的最大剪力和最大彎矩增大，同時(shí)也引起第一個(gè)軟硬土層分界面處樁身最大剪力和最大彎矩的較明顯的增大。調(diào)整樁一土一結(jié)構(gòu)體系的模型參數(shù)進(jìn)行了多因素敏感性分析，得到三個(gè)兇素動力敏感性的次序依次為：B(樁土模量比)、c(地震動的輸入水平)、A(樁的長徑比)。還研究了雙向地震作用下并考慮土體彈塑性情形時(shí)樁一土一結(jié)構(gòu)的動力相互作用。發(fā)現(xiàn)不同樓層的層問位移、柱的剪力和軸力等的折減系數(shù)并不相同，

7、沿樓層的變化也沒有規(guī)律，有時(shí)甚至對有的樓層不是折減面是放大。規(guī)范中只采用單一的折減系數(shù)是不太合理的。在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅應(yīng)注意樁頂與筏板的錨固及構(gòu)造上的配筋，而且還應(yīng)特別注意在土層第一個(gè)軟硬交界面處對基樁截面的抗彎和抗剪鋼筋的配置進(jìn)行加強(qiáng)，以防此處在地震時(shí)受彎剪破壞。關(guān)鍵詞：樁一士一結(jié)構(gòu)；動力相互作用；數(shù)值模擬：時(shí)程分析；地震響應(yīng)；彈塑性II武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractPilefoundationhasbeenusedtoconsolidatesoftgroundforalonghistory，andi

8、tisalsoonepopularmeanstobeusedtoimprovefoundationtoday．Manypilefoundationsweredamagedseriouslyduringthepastmajorearthquakes．Largeamountofcosthavebeenpaidfortheremedyofpilefo