瞬態(tài)荷載下墩基—群樁動力非線性特性分析.pdf

1、樁基礎(chǔ)因其承載力高、沉降小，已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、大型廠房、核發(fā)電站、水利水電工程、鐵路橋梁工程、港口碼頭、海上平臺以及部分大型動力機器基礎(chǔ)等基礎(chǔ)工程中。由于樁-土體系動力相互作用問題的普遍性和復(fù)雜性，動力荷載作用和地震作用下樁土體系動力參數(shù)和特性一直是工程界和學(xué)術(shù)界研究的焦點。而在實際工程中機器震動荷載、交通工具行駛過程加速、減速引起的荷載、碰撞荷載等瞬態(tài)荷載作用下樁-土體系的動力響應(yīng)是一個基本的問題。
　　本文通過采用解析分

2、析方法，得到瞬態(tài)荷載作用下單樁的解析解，考慮群樁動力相互作用影響因子，在ANSYS程序中建立基于動力Winkler模型的墩-群樁-土結(jié)構(gòu)體系簡化模型，探究瞬態(tài)荷載作用下體系的動力時程響應(yīng)。主要的研究工作如下:
　　(1)針對過往關(guān)于樁-土動力相互作用相關(guān)的分析理論和研究方法，進(jìn)行研究現(xiàn)狀的綜述和研究方法的對比，選取有針對性的模型作為分析的主要對象;
　　(2)基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)和材料力學(xué)的方法，探討了樁-土動力相互作用機理，利用

3、解析分析方法，通過Laplace變換以及傳遞函數(shù)矩陣求解樁土動力平衡方程，得到瞬態(tài)荷載作用下樁身動力響應(yīng)的解析解;
　　(3)在單樁解析解的基礎(chǔ)上，通過分析瞬態(tài)動力荷載作用下樁-樁之間橫向動力相互作用的影響，引入衰減函數(shù)，推導(dǎo)出群樁動力相互作用因子，在此基礎(chǔ)上，運用疊加原理，求得考慮群樁動力相互作用的水平動力響應(yīng)解;
　　(4)實際情況中，承臺和墩體是存在的，雖然其對群樁體系的豎向效應(yīng)起主要的影響作用，但是在瞬態(tài)荷載作用下，

4、考慮承臺和墩體的附加質(zhì)量的影響將會得出更精確的結(jié)果，因此本文假設(shè)承臺約束樁頂轉(zhuǎn)角，結(jié)合樁頂?shù)倪吔鐥l件，以群樁中的單根樁為例，進(jìn)行考慮承臺和墩體附加質(zhì)量對群樁體系動力響應(yīng)影響的理論推導(dǎo);
　　(5)過去對樁-土體系動力相互作用的模型的研究普遍是在解析解的基礎(chǔ)上，不同的學(xué)者通過編制各有差異的算法程序，一般以前人的研究成果作為精確解來對比結(jié)果的準(zhǔn)確性。這樣不利于在工程實際上的統(tǒng)一應(yīng)用和普及。因此，本文基于以上的解析解，在大型有限元分析軟

5、件ANSYS中建立簡化后的墩-樁-土動力相互作用結(jié)構(gòu)模型，得出其在瞬態(tài)荷載作用的動力響應(yīng)特性，并對比結(jié)構(gòu)體系在不同的荷載形式（三角荷載、階躍荷載、余弦荷載）與不同的土體阻抗函數(shù)(Gazetes阻抗與劉東甲阻抗)下動力響應(yīng)特性的差異;
　　(6)為與上述簡化模型所得出的動力響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對比，通過在ANSYS中建立已考慮樁-土接觸界面間滑移和脫離、遠(yuǎn)場土體輻射阻尼等樁土非線性問題的有限元實體模型進(jìn)行分析，通過對比兩種模型下的動力響應(yīng)特