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《地震荷载下桩土相互作用简化计算方法及参数分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第42卷第6期大连理工大学学报Vol.42,No.62002年11月JournalofDalianUniversityofTechnologyNov.2002文章编号:100028608(2002)0620719205地震荷载下桩土相互作用简化计算方法及参数分析1112肖晓春,迟世春,林皋,约翰·艾法罗(1.大连理工大学土木工程系,辽宁大连116024;2.康乃尔大学土木与环境工程系,纽约伊萨卡10543)摘要:针对水平地震荷载下桩土相互作用体系,建立了简化计算模型.与有限元分析结果对比验证了简化模型的有效性,并运用此模型就桩土弹模比、地震动输入以及桩的几何特性
2、进行了参数敏感性分析.对计算结果的统计分析表明,桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响较为显著.关键词:地震工程;正交试验ö桩土相互作用;时域分析;参数分析中图分类号:TU47311文献标识码:A0引言1简化模型及分析方法新世纪伊始地震的频繁发生,再次警示人们1.1分析模型在重大结构的设计中对地震这一特殊的荷载应予在以往的研究中,桩土相互作用的分析模型以足够的重视.随着高、大、重、深结构的不断涌主要有3种:动力Winkler地基上的梁模型、梁和现,桩基础以其特有的优势得到了广泛应用,从海[3]波动场模型以及有限元模型.3种模型中由于洋石油平台到深水港码头,从大跨度桥
3、梁到软土动力Winkler地基上的梁模型力学概念清楚,简地基上的高层楼房,都普遍采用桩基础,地震荷载单实用,易于被工程人员接受而被广泛运用.本下桩土动力相互作用也一直是岩土工程师们研究文拟采用这一模型,将桩离散为梁单元,在节点处的热点.桩土交界面的不连续性、地震荷载的随考虑水平位移和转角,将桩体的质量集中在节点机性,以及软土的强非线性,使得这一问题成为岩处.土体由离散的弹簧2阻尼器系统代替,简化模土工程中的难点.在过去,桩基础一般被视为用型见图1.来传递上部荷载给下部地基,但有些结构要承受地震、波浪以及风力等较大水平荷载,水平荷载可能是桩基础设计的控制因素,桩基
4、础水平承载机理则更为复杂.自Matlock通过现场试验得出一[1]套P2y曲线以来,人们一直循着试验模拟和数值模拟两条线路来研究这一问题.近30年来国内外学者在上述两个方面的研究均取得了长足的[2～6]进步.本文针对水平地震荷载作用下的桩2土动力相互作用这一问题,基于动力Winkler模图1桩2土相互作用简化模型型和有限元思想,提出一种简化分析方法,通过与Fig11Simplifiedmodelofpile2soilinteraction有限元计算结果对比验证这一方法的有效性,并对于梁单元而言,只考虑水平位移和转角2就单桩情况对桩土弹模比、地震动输入以及桩的个自
5、由度,并且只进行线弹性分析,单元分析方程几何特性进行参数的敏感性分析.为收稿日期:2001211225;修回日期:2002210210.基金项目:海岸与近海工程国家重点实验室资助项目(9907).作者简介:肖晓春(19732),男,博士生;林皋(19292),男,教授,博士生导师,中国科学院院士.©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net720大连理工大学学报第42卷eeeF=KD(1)根据以上的基本原理和方法作者编制了
6、计算程序eTT式中:F=(FiFi+1)=(yiMiyi+1Mi+1),NSSPI.为梁单元荷载向量,yi为i节点的水平力,Mi为i2简化模型的验证eT节点的弯矩;D=(DiDi+1)=T(uiHiui+1Hi+1),为梁单元位移向量,ui为i为了验证模型的有效性,将长15m、直径0.6e节点的水平位移,Hi为i节点的转角;K为梁单元m的端承单桩按本文中的简化模型和三维有限元的刚度矩阵.计算结果进行了对比.需要说明的是,在有限元土体单元中弹簧反映土体对桩的动反力特分析程序中,为了模拟水平荷载下桩的横向弯曲[8]性,阻尼器则模拟在地震过程中能量的耗散特性,变形特点
7、,将桩体离散为H11型非协调元,该单主要是辐射阻尼,i节点弹簧刚度系数和阻尼系数元是由八节点六面体单元H8补充3个非节点的按下式计算:内部自由度得到.引入的非协调项,使三维八节ksi=EsAi(2)点单元的插值函数具有完备的二次项,从而提高了单元的精度.单元位移插值函数可写为csi=AiEsQ(3)uui式中:Es为土体弹性模量,Q为土体密度,Ai为i节8v=uq+uK=∑Ni(N,G,F)vi+点所控制的土体面积.i=1wwi假设土体在地震过程中发生非线性弹性变Ai形,Es可以根据表达式Es=2(1+L)×G求出,3其中G为土体的动剪切模量,根据∑Pi(N,G
8、,F)Bi(6)i=1C
