分層土中群樁動力響應數(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行，引起的環(huán)境振動不可忽視。此外，大型動力機器等也可產生有害的環(huán)境振動。這些工程多采用樁基礎，因此，研究小應變幅下群樁的動力響應對減小環(huán)境振動危害、確保結構安全具有重要的意義。本文采用以Winkle地基模型為基礎的傳遞矩陣簡化算法，分析了群樁在水平動荷載作用下的剛度和阻抗；利用以Biot波動方程為基礎的飽和多孔介質有限元法，研究了樁-土體系在豎向動荷載作用下的動

2、力響應。主要的內容包括：
　　 (1)以Winkle地基梁模型為基礎，聯(lián)立力的平衡方程和彎矩平衡方程，由樁側土的剛度和阻尼系數(shù)求得由樁身彎矩、剪力、水平位移以及轉角分量組成的向量關于待定常數(shù)的表達式。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?，并進一步考慮主動樁與被動樁的動力影響，計算出樁-樁動力相互作用因子，進而求得群樁模型在水平荷載作用下，選取不同物理力學參數(shù)時的動剛度和阻尼。計算結果表

3、明，在低頻段，本文的計算結果與已有的結果較一致，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動慣量，樁身剪切變形的影響較大，即使在低頻段差異亦十分明顯；而樁身轉動慣量影響較小，但在群樁阻抗峰值區(qū)域和高頻段其影響不可忽略。當水平動荷載作用時，群樁效應十分明顯，且該效應隨群樁數(shù)的增加而愈顯著，適當加大樁間距是減小群樁效應的有效手段。表層土的彈性模量對群樁基礎動力響應有顯著的影響，當?shù)乇硗翆虞^軟時，較高頻率的水平振動

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

5、軟或上軟下硬地基模型，設置群樁基礎可有效的減少荷載作用點和地表測點的位移和加速度幅值。
　　 (3)以Biot飽和土體的波動方程為基礎，根據運動和質量守恒方程，推導出時域內飽和土體的振動積分方程。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格式三維有限元時域積分方程，分析了主要因素對群樁在豎向動荷載作用下的動力響應和隔振效果的影響。主要參數(shù)為：土層地質條件、布樁形式、樁長