浅论层状地基中刚柔性承台群桩基础竖向振动特性研究

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1、同济大学土木工程学院博士学位论文层状地基中刚柔性承台群桩基础竖向振动特性研究姓名：任青申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：黄茂松20080801摘要群桩基础作为一种经济而有效的基础形式，在土木工程中得到了广泛的应用，特别是随着轨道交通和海港工程的建设，群桩基础越来越多的被用于承受由于交通运输、地震、海洋和大气运动所引起的各种动荷载。在动力荷载作用下如何保证各种机械平稳、安全的工作，就需要我们对于各种复杂条件下群桩的动力特性有更为深入的研究。本文的主要内容是分析三种常见群桩基础的振动特性，并为工程设计提供简化计算方法。主要研究工作分为以下几方面。(1

2、)基于动力Winkler地基梁模型，采用传递矩阵法，推导了刚性高承台群桩竖向振动方程。通过对比计算发现，本文解与精确解(Kaynia和Kausel，1982)二者在单桩阻抗、桩．桩相互作用因子和群桩阻抗三个方面有着良好的一致性。本文方法得到验证，也为后续章节的计算奠定了理论基础；(2)在刚性高承台群桩模型的基础上，采用子结构方法，建立了柔性高承台下群桩动力计算模型。由于对承台板进行了有限元离散，因此不仅可以考虑承台板与群桩间的运动相互作用，还能够考虑二者的惯性力相互作用，与刚性无质量高承台群桩相比，可以更为准确地模拟柔性高承台下群桩的动力响应；(3)首先

3、推导了层状介质中薄层法的基本解，得到了土一土相互影响因子，在此基础上得到了地基阻抗矩阵，结合柔性高承台下群桩竖向振动的简化模型，建立了刚柔性桩筏基础竖向振动的简化模型，分析了桩间土体对于基础阻抗的贡献，系统地研究了桩筏竖向振动特性及影响因素；(4)在柔性高承台群桩基础模型的基础上，采用传递矩阵法，通过位移边界条件和力边界条件，推导了刚柔性承台部分埋入群桩的竖向振动方程。得到了部分埋入群桩基础的阻抗函数与桩顶荷载分布，分析了各种影响因素对计算结果的影响，并与刚性无质量高承台下群桩的动力解进行了比较：(5)将以上所提出的三类群桩基础计算模型用于分析三项工程中

4、的群桩动力特性，为工程设计提供参考，并进一步验证了本文所提出计算理论的合理性。最后，给出了本研究的结论并对下一步研究工作进行了展望。关键词：群桩，动力Winkler地基梁，传递矩阵法，薄层法，有限单元法AbstractABSTRACTThepilegroupsisusedtobeardifferentkindsofdynamicloadscausedbyrailwaytraffic，earthquake，oceancurrentandwindforitsexcellentperformanceandrelativelowcost．Anditiscruci

5、altokeeprunningmachinesstableandprotectingthemfromfailurecausedbyvibration．Soitisnecessarytogivefurtherresearchinthisfield．Themainobjectiveofthisthesisistodevelopandprovideasimplifiedapproachtothepilegroupvibration．Ananalyticalmethodisappliedtovibrationproblemofpilegroupswithinth

6、eframeworkofWinklermodeldevelopedbyMylonakis．AtransfermatrixapproachWaSadoptedintheresponsecomputation．TheproposedmodelisevaluatedbycomparisonwithBEMsolution(KayniaandKausel，1982)，bothofthemhaveagoodagreementindynamicimpedanceofsinglepile，pile-pileinteractionfactorsandpilegroupse

7、fficientfactors．TheabovemodelrepresentsthefirststeptowardtheUSeofhybridmethodfordynamicresponseofpilefoundations．Thefloatingpilegroupswithrigidandmasslesscapcannotbeusedinpracticalengineeringforitsassumptionofrigidandmasslesscap．Inthisstudy,thisthesisdescribesareasonablemode卜—dle

8、floatingpilegroupswithflexiblecap，whichi