分層土中群樁動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值分析.pdf

1、隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，城市中高架道路、輕軌和地鐵、磁懸浮等不斷投入運(yùn)行，引起的環(huán)境振動(dòng)不可忽視。此外，大型動(dòng)力機(jī)器等也可產(chǎn)生有害的環(huán)境振動(dòng)。這些工程多采用樁基礎(chǔ)，因此，研究小應(yīng)變幅下群樁的動(dòng)力響應(yīng)對減小環(huán)境振動(dòng)危害、確保結(jié)構(gòu)安全具有重要的意義。本文采用以Winkle地基模型為基礎(chǔ)的傳遞矩陣簡化算法，分析了群樁在水平動(dòng)荷載作用下的剛度和阻抗；利用以Biot波動(dòng)方程為基礎(chǔ)的飽和多孔介質(zhì)有限元法，研究了樁-土體系在豎向動(dòng)荷載作用下的動(dòng)

2、力響應(yīng)。主要的內(nèi)容包括：
　　 (1)以Winkle地基梁模型為基礎(chǔ)，聯(lián)立力的平衡方程和彎矩平衡方程，由樁側(cè)土的剛度和阻尼系數(shù)求得由樁身彎矩、剪力、水平位移以及轉(zhuǎn)角分量組成的向量關(guān)于待定常數(shù)的表達(dá)式。通過向量在某一特定土層頂面和底面的方程組消去方程中的待定系數(shù)，得出單樁樁頂?shù)淖杩?，并進(jìn)一步考慮主動(dòng)樁與被動(dòng)樁的動(dòng)力影響，計(jì)算出樁-樁動(dòng)力相互作用因子，進(jìn)而求得群樁模型在水平荷載作用下，選取不同物理力學(xué)參數(shù)時(shí)的動(dòng)剛度和阻尼。計(jì)算結(jié)果表

3、明，在低頻段，本文的計(jì)算結(jié)果與已有的結(jié)果較一致，但隨剪切模量的減小，兩者差異增大，其原因是本文方法考慮樁身剪切變形和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，樁身剪切變形的影響較大，即使在低頻段差異亦十分明顯；而樁身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響較小，但在群樁阻抗峰值區(qū)域和高頻段其影響不可忽略。當(dāng)水平動(dòng)荷載作用時(shí)，群樁效應(yīng)十分明顯，且該效應(yīng)隨群樁數(shù)的增加而愈顯著，適當(dāng)加大樁間距是減小群樁效應(yīng)的有效手段。表層土的彈性模量對群樁基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)有顯著的影響，當(dāng)?shù)乇硗翆虞^軟時(shí)，較高頻率的水平振動(dòng)

4、可引發(fā)群樁基礎(chǔ)較高頻率的共振，雖然在共振頻率范圍內(nèi)基礎(chǔ)的動(dòng)阻尼有較明顯的提高，但在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)給予以注意。
　　 (2)以線彈性有限元計(jì)算方法為基礎(chǔ)，根據(jù)以位移為未知量的紐馬克時(shí)間積分方法，計(jì)算分析了不同分層土以及群樁基礎(chǔ)在豎向動(dòng)荷載作用下地表測點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)。計(jì)算表明：如果邊界條件和阻尼比設(shè)置恰當(dāng)，通過等參單元的有限元方法可較為精確的計(jì)算出復(fù)雜布樁的動(dòng)力響應(yīng)；計(jì)算中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整荷載步，確保在適宜的時(shí)間內(nèi)得到精確的結(jié)果；無論是上硬下

5、軟或上軟下硬地基模型，設(shè)置群樁基礎(chǔ)可有效的減少荷載作用點(diǎn)和地表測點(diǎn)的位移和加速度幅值。
　　 (3)以Biot飽和土體的波動(dòng)方程為基礎(chǔ)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)和質(zhì)量守恒方程，推導(dǎo)出時(shí)域內(nèi)飽和土體的振動(dòng)積分方程。以土體變形和超孔隙水壓力為未知量，利用Galerkin法推導(dǎo)出以土體位移和超孔隙水壓力為未知量的u-p格式三維有限元時(shí)域積分方程，分析了主要因素對群樁在豎向動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)和隔振效果的影響。主要參數(shù)為：土層地質(zhì)條件、布樁形式、樁長