基于ansys的山地桩―土地震反应分析

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1、基于ANSYS的山地桩一土地震反应分析摘要：到目前为止，通过科研学者的共同努力，已经在桩-土相互作用方面取得了很多的成果。但这些成果大部分是针对平坦场地的，对特殊场地的研究还比较缺乏。在我国境内，大约有2/3的陆地是山地和丘陵等特殊地形，大量的房屋修建于各类特殊地形上。因此研宄山地上桩-土的地震响应有着重要的意义。关键词：特殊场地；桩-土相互作用；地震响应1桩-土相互作用分析模型本文建立了平坦场地和台地两种地形的桩-土三维分析模型[1]，两个模型的水平投影见图1。结构的整体模型将采用一柱一桩的基础的形式，每根桩的截面都相同，

2、其尺寸和具体位置见图1，图中0点为模型中的原点，也是土体的中心点。土体C的长宽高分别为：120m、90m、12m,侧面设置粘弹性人工边界[2][3],底部固定约束；其余相关参数见表1。2不同地震烈度下桩的地震反应分析图2是平坦场地桩-土相互作用的分析模型图，桩底采用固定约束。先讨论不同烈度地震作用时，平坦场地桩顶的地震响应，输入经过调幅为7度和8度（加速度峰值为2.2和4）的EL-Centro波［3］，以桩的位移响应和加速度响应为分析指标。在表1中列出了C3桩、C4桩、C5桩、D4桩和D5桩的最大位移和最大加速度响应，C3桩

3、表示C轴线和3轴线相交处的桩，其余桩的含义类似。由表2可知：①在7度地震作用时，五根桩的最大位移响应十分接近，最大加速度响应也比较接近；②在8度地震作用时，桩顶的最大位移响应相差很小，其中C4桩和C5桩的位移响应十分接近，相对较大（4.94mm和4.92mm）；D4桩和D5桩的位移响应次之（4.84mm和4.85mm）;靠近土体中心处的C3桩顶位移响应最小（4.51mm）;5根桩的最大加速度响应的大小关系与最大位移响应的相似；③7度地震作用时输入地震波的加速度峰值为2.2，桩的最大加速度为3.188，后者是前者的1.45倍；

4、④8度地震作用时输入地震波的加速度峰值为2.2，桩的最大加速度为5.399，后者是前者的1.35倍。3不同场地下桩的地震反应分析分析完不同烈度下桩的地震响应之后，下面继续探讨土体性质以及场地条件对桩地震响应的影响情况。在图3中给出了台地地形时桩-土相互作用的分析模型。在图3的立面图中，3轴和4轴的中线（见图1）以左边部分土体深度为12m：其余部分土体深度为17m,即陡砍高度为5米，陡砍下方各桩长均为12m，陡砍上方的桩长为17m，桩的底部和土体的底部都采用固定约束，侧面采用粘弹性边界。通过改变平坦场地和台地土体的弹性模量来讨

5、论土体性质对桩地震响应的影响，土体参数详见表1。在土体性质以及场地条件对桩地震响应的影响情况时，以D1桩和D5桩为分析对象，分别讨论桩的最大位移、最大加速度以及最大位移时桩的内力情况。表3是地震响应的幅值，图4是D1桩、D5桩最大位移沿深度变化曲线。由表3和图4分析有：①在平地桩-土相互作用分析模型中，两根桩的地震响应十分相近；在台地桩-土相互作用分析模型中，D5桩顶的地震响应比D1桩顶的大；台地D1桩顶的地震响与平地桩顶的地震响应比较接近；②当土体弹性模量变大时，桩顶的最大加速度响应基本不变，其余的的地震响应都相应变大了；

6、在平地桩-土相互作用分析模型中，D1桩顶的最大速度、最大轴力和最大剪力分别放大了：4.62倍、3.87倍和2.71倍，D5桩顶的最大速度、最大轴力和最大剪力分别放大了：4.34倍、3.85倍和2.65倍；在台地桩-土相互作用分析模型中，D1桩顶的最大速度、最大轴力和最大剪力分别放大了:5.06倍、3.73倍和2.65倍，D5桩顶的最大速度、最大轴力和最大剪力分别放大了:4.18倍、3.05倍和1.98倍；土体弹性模量对桩顶地震响应影响程度从大到小是:最大位移响应、最大轴力、最大剪力、最大加速度；①在平地桩-土相互作用分析模型

7、中，土体弹性模量增大时，两根桩顶地震响应的增大程度十分接近；在台地桩-土相互作用分析模型中，土体弹性模量增大时，D1桩顶地震响应的增大程度比对D5桩顶的大；②土体弹性模量相同时，在相同的深度处，D1桩的位移基本相等，台地D5桩的位移比平地D5桩的大；覆盖土体为土体C时，D1桩和D5桩的位移沿深度变化比较大；覆盖土体为土体A时，D1桩和D5桩的位移沿深度变化很小。4本文小结本文建立了平地和台地两种场地形式的桩-土相互作用分析模型，对本文所选结构方案，结论如下：改变场地覆盖土体的弹性模量，对桩的地震响应进行分析发现：场地覆盖土体

8、的弹性模量对桩顶的地震响应影响以及桩的最大位移沿深度变化规律都比较明显;台地模型中D5桩顶的地震响应比平地模型中D5桩顶的略大，前者受场地覆盖土体的弹性模量的影响也比后者大。参考文献［1］蒋代波.山区多层接地消能减震框架结构的抗震性能研究［D］.重庆大学.2012［2］王满生，周锡元，胡聿