论文--考虑冲刷影响的群桩的动力特性研究

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1、考虑冲刷影响的群桩的动力特性研究摘要：分布荷载作用下桩基的动力特性研究已成为工程界关注的焦点之一。基于Winker地基梁模型提出了桩身作用分布荷载下部分埋入单桩的水平振动模型和考虑冲刷的桩-桩相互作用的模型，给出了群桩桩身变形和内力的求解方法，分析了激振频率、冲刷模式、冲刷深度和桩间距等对桩身变形和内力的影响。最后，通过算例研究了未冲刷、冲刷深度监测值、冲刷深度设计值下风电场群桩基础动力响应。关键词：冲刷；分布荷载；部分埋入；内力中图分类号：TUXXX文献标识码：X文章编号：XXXX–XXXX(2011)XX–XXXX–XDYN

2、AMICRESPONSEANDINTERNALFORCESOFPARTIALLYEMBEDDEDPILEGROUPSUNDERDISTRIBUTIONLOADSCONSIDERINGSCOUREFFECTRENQing1，LVHongyong1(1.DeparmentofCivilEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Dynamiccharacteristicsofpileunderdistrib

3、utionloadshavebecomeoneofthefocusofattentionintheengineeringcommunity.BasedontheWinkerbeammodel，transfermatrixmethodisusedtobuildlateralvibrationmodelforthepartiallyembeddedsinglepileunderdistributionloads.Themethodforsolvingpiledeformationandinternalforceisshown.the

4、influenceofpartiallyembeddedpiledeformationandinternalforcesbyexcitationfrequency,pileconstraintsandloadformareanalyzed.Keywords：pilefoundations；partiallyembedded；dynamicresponse；pilegroups引言随着海上风电场和海上石油平台的建设，部分埋入桩基础作为一种可靠的基础支撑体系得到了广泛的应用。在风、波浪和地震等荷载作用下，部分埋入桩基础的变形与内力变

5、化复杂，所以关于其动力特性的研究对于保证上部结构的稳定和安全发挥着极其重要的作用。由于分布荷载作用下部分埋入桩桩身变形及内力分布的复杂性，目前国内外关于这一领域的研究成果相对较少。Novak和Shet[1]通过实验指出，表层土体对桩基的约束作用非常明显；Pak[2]基于弹性力学理论解，研究了均质土中部分埋入桩的动内力与动内力的分布规律；Lee[3]等则采用弹性地基梁模型，分析了在剪力、弯矩和轴力共同作用下的单桩的动力特性；Ferdous[4]则将部分埋入桩简化为一根等效的悬臂杆件进行了研究；Catal[5-6]将桩顶作为半刚性约

6、束采用线弹性方法，研究了在弯矩、轴力和剪力共同作用下的部分埋入桩的动力特性，任青等[7]采用Euler-Bernoulli梁模型提出了考虑轴力影响的桩顶施加集中力的部分埋入桩的水平振动模型，还提出了考虑桩-桩相互作用的部分埋入群桩的水平振动模型，并研究了轴力、桩间距和埋入比对部分埋入群桩的动力响应的影响。由此可见，目前关于部分埋入桩在分布荷载作用下的动力特性的认识和研究距离工程应用相差甚远，有必要对其作进一步的研究。本文从Winker地基梁模型出发，建立了桩身施加分布荷载的部分埋入桩的水平振动方程，提出了考虑冲刷深度不同的桩-桩

7、相互作用模型并应用到部分埋入群桩动力响应计算中；研究了冲刷模式、激振频率、桩间距和冲刷深度对桩身变形及内力的影响。最后本模型运用到东海大桥风电场桩基受波浪荷载及冲刷作用后的动力特性的计算和预测中。1冲刷的成因与分类圆柱结构物是海洋工程中应用非常广泛的结构,据其直径与波长之比,可分为大直径墩柱式结构和小直径桩柱式结构。关于小直径桩柱在波浪作用下发生局部冲刷的研究很多,绝大部分以海上作业平台的脚柱、线为对象,主要有王汝凯、小林智尚、水口优、椹木、Machemehl等。其中，王汝凯提出了“普遍冲刷深度”、“局部冲刷深度”、“总冲刷深度

8、”的概念。普遍冲刷深度：桩柱打入海底之后，在较大范围内发生的冲刷深度。这种冲刷深度一般是可观测得到的；局部冲刷深度：在恒定的浪和流作用足够长的时间之后形成的不计普遍冲刷深度的最终冲刷深度，或理解为在海面最恶劣的气象条件下，浪和流长期作用形成的，不计普遍冲刷深度的