桩—土动力相互作用的研究

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1、国内图书分类号：U448.15密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文桩-土动力相互作用的研究年级二零一五级姓名李刚申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师周凌远教授二零一八年六月ClassifiedIndex:U448.15U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONDYNAMICINTERACTIONOFPILE-SOILGrade:2015Candidate:LiGangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngine

2、eringSpeciality:Architecture&CivilEngineeringSupervisor:ZhouLingyuanJune,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要在桥梁工程中，桩基础的应用是最广的，在大地震中存在桩基破坏很严重的情况。不考虑桩-土动力相互作用的情况下，不能真实地反映其实际工作状态，在这种情况下进行的结构设计不一定安全可靠、经济合理。在地震作用下桩-土动力相互作用的研究具有非常重要的意义。论文对桩-土系统动力相互作用的理论分析与试验研究进行了总结。本文采用ABAQUS通用有限元软件，采用简化的平面模型进行桩-

3、土动力相互作用体系的研究，主要开展了如下工作：（1）比较各种人工边界，选择模拟效果较好的粘弹性人工边界。即采用具有吸能能力的粘性阻尼和具有刚性恢复能力的弹簧组成的弹簧-阻尼物理元件。通过公式推导确定切向和法向弹簧刚度和阻尼值，利用弹簧和阻尼物理元件实现人工边界条件在有限元模型上的施加，并且通过例子验证该法的有效性。（2）由于该软件对于接触和非线性有良好的模拟性能，本模型重点采用了主从接触面法和弹塑性本构。采用合理的简化，将复杂的三维模型简化为简单的二维模型。选择合适的材料本构模型进行桩-土相互作用分析，其中上部桥梁结构和下部桩基础采用线弹性的本构关系，地

4、基土采用基于Mohr-Coulomb屈服准则的弹塑性本构模型。探讨了单元的选取，有限元模型网格边长，模型阻尼比，输入地震波的选择并解决如何调整的问题，重力的考虑等。（3）在水平地震作用下，在非液化土条件下，桩-土体系进行了输入不同地震动、桩土模量比、地基土密度、桥梁上部结构质量、桩基长径比的地震响应分析。在相同的地质条件和地震波加速度峰值的条件下，不同类型的地震波，得到的结构响应也不同；桩-土体系地基土体的刚度越大，结构动力响应越小；地基土的密度越大结构动力响应也越大；桥梁结构上部质量对桩-土动力分析影响是有限的；桩基长径比越小，则结构的侧向位移越小，对

5、比分析上软下硬、软夹层、硬夹层三种不同场地条件对地震的响应的影响有很大的不同。（4）同时考虑竖向地震和水平地震作用，在低水平地震峰值加速情况下，竖向地震波对结构影响不大；在水平地震峰值加速处于高值时，竖向地震波对结构影响应该考虑。（5）对比分析m法和接触非线性法，其中采用m法计算得到的位移和内力比接西南交通大学硕士研究生学位论文第II页触非线性法得到的大，m法计算较保守。对比发现接触非线性法比m法能更好的模拟复杂场地下的地震反应状况。关键词：桩-土；动力相互作用；地震作用；接触；m法；ABAQUS西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractI

6、nthepracticeofbridgeengineering,pilefoundationisthemostextensivetobeused.Theinteractionofpile-soilwithoutconsidered,theactualworkingstatecannotbetrulyreflected,andthestructuraldesignunderthisconditionisnotnecessarilysafe,reliable,andeconomical.Soitisofgreatsignificancetostudydyna

7、micinteractionofpile-soilunderseismicloading.Inthepaper,thetheoreticalanalysisandexperimentalresearchofdynamicinteractionofpile-soilsystemaresystematicallysummarized.Asimplifiedplanemodelisusedtostudythepile-soildynamicinteractionsystembyusingABAQUSfiniteelementsoftware.Themainre

8、searchesareasfollows:（1）Variousartificia