剪切波作用下樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)研究

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1、剪切波作用下樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)研究播的剪切波作用下樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析.采用薄層元素法和有限單元法建立了土、樁和筏板三者之間的相互作用分析模型，著重分析了樁筏基礎(chǔ)的有效輸入地動(dòng)(即反映了筏板響應(yīng)與自由場(chǎng)地面運(yùn)動(dòng)大小關(guān)系的水平和搖擺動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)).對(duì)樁筏基礎(chǔ)和群樁、筏板基礎(chǔ)的水平和搖擺動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行了比較，并討論了樁的距徑比、樁的長(zhǎng)徑比以及樁土彈性模量比對(duì)樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)的影響.結(jié)果表明，當(dāng)樁的距徑比較大時(shí)，忽略筏板的影響會(huì)導(dǎo)致對(duì)樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)的過小評(píng)價(jià).　　關(guān)鍵詞：土-結(jié)構(gòu)相互作用；水平動(dòng)力響應(yīng)；樁筏基礎(chǔ)；有效輸入地動(dòng)　?。篢U473

2、：AKinematicResponseofPileraftFoundation　　眾所周知，地震波通過基礎(chǔ)傳到上部結(jié)構(gòu)，而從基礎(chǔ)傳到上部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與自由場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)是不同的，一般情況下，其振幅比小于1，稱之為“有效輸入”［1］或“輸入損失”［2］.在土　　結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析中，常采用子結(jié)構(gòu)法，上部子結(jié)構(gòu)的動(dòng)力輸入采用基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)比采用自由場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)更加合理.因此，基礎(chǔ)在地震波下的響應(yīng)，即有效輸入地動(dòng)，和動(dòng)力阻抗一起被稱為土　　結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析的兩個(gè)基本物理量.目前，對(duì)于基礎(chǔ)在地震波下的響應(yīng)研究多集中在樁基［3-5］，而對(duì)于工程中比較常見樁筏基礎(chǔ)的研究非常少.對(duì)于

3、土　　樁筏基礎(chǔ)動(dòng)力相互作用的研究往往只考慮樁　　土相互作用而不考慮筏板與土、樁的相互作用，顯然，考慮筏板的影響更符合實(shí)際情況.　　樁　　土動(dòng)力相互作用問題的關(guān)鍵之一是地基模型，大致可分為2類，第1類為半無限或?qū)訝畎霟o限空間模型，解法包括有限元法、邊界元法和薄層元素法等比較精確的模型；另一類包括Winkler地基梁模型和Penzien模型等簡(jiǎn)化模型.在前一類方法中，薄層元素法［6-7］是分層介質(zhì)中Green函數(shù)的一種數(shù)值計(jì)算方法，它適合于分層介質(zhì)，且在水平方向不需人工邊界，能有效地減少計(jì)算工作量.樁　　土動(dòng)力相互作用問題的另一個(gè)關(guān)鍵是群樁的相互作用問題，同樣可分為

4、精確法和簡(jiǎn)化法兩類，其中簡(jiǎn)化法中用得較多的是相互作用因子法，但這種方法很難推廣到土　　樁筏基礎(chǔ)動(dòng)力相互作用的分析中.　　本文采用薄層元素法和有限單元法，建立了樁筏基礎(chǔ)　　粘彈性地基動(dòng)力相互作用的比較精確的分析模型，在分析了樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力阻抗［8］后進(jìn)一步分析地震波下樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng).湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2012年　　第8期文學(xué)章等：剪切波作用下樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)研究　　1分析方法　　為了使問題簡(jiǎn)化，本文的分析建立在以下基本假設(shè)基礎(chǔ)之上：　　1）地基為勻質(zhì)粘彈性介質(zhì)；　　2）地基與基礎(chǔ)的接觸面緊密接觸，不發(fā)生脫離和滑移；　　3）筏基(厚度較大)為無質(zhì)量剛體

5、(基礎(chǔ)質(zhì)量在基礎(chǔ)　　上部結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)中考慮).　　3.1樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)　　為了使考察筏板對(duì)樁筏基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)的影響，對(duì)考慮筏板與不考慮筏板(即群樁)時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了比較.　　(9)　　式中：UH，UR和UG分別為樁筏基礎(chǔ)的水平、搖擺位移以及自由場(chǎng)地面水平位移.由圖4可知，對(duì)于水平響應(yīng)系數(shù)，在低頻區(qū)域，基礎(chǔ)的水平動(dòng)力響應(yīng)約等于1，即基礎(chǔ)的水平動(dòng)力響應(yīng)與自由場(chǎng)運(yùn)動(dòng)基本相同，這是由于這種情況下地震波波長(zhǎng)比樁長(zhǎng)大得多的緣故.隨著頻率的增大，水平動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)迅速降低，隨著頻率的繼續(xù)增大達(dá)到高頻區(qū)域時(shí)，水平動(dòng)力響應(yīng)變化逐漸趨于平緩，這是因?yàn)檫@時(shí)的地震波波長(zhǎng)比樁長(zhǎng)小得多的緣

6、故.　　對(duì)于樁筏基礎(chǔ)的搖擺響應(yīng)系數(shù)，隨著頻率的增大，由零逐漸增大，在較高頻率區(qū)域，達(dá)到最大值后開始下降.　　樁筏基礎(chǔ)由樁和筏板組成，筏板在垂直傳播的剪切波作用下的動(dòng)力響應(yīng)很簡(jiǎn)單，水平響應(yīng)系數(shù)恒為1而搖擺響應(yīng)系數(shù)恒為零，不難發(fā)現(xiàn)樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)與樁筏基礎(chǔ)完全不同，而與樁基礎(chǔ)有著相同的變化趨勢(shì).　　3.2樁筏和群樁的動(dòng)力響應(yīng)的比較　　從圖4還可考察樁的距徑比的影響：　　1)在低頻區(qū)域，不論基礎(chǔ)形式以及樁的間距，水平動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)均約等于1.　　2)在較高頻區(qū)域，隨著頻率的增大，樁筏和群樁的水平動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)均減小，樁的距徑比越小，這種減小的幅度越大.　　3)當(dāng)樁的距徑

7、比S/d=3時(shí)，水平動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)相差很小，說明這種情況下筏板的影響很小.而當(dāng)樁的距徑比S/d=6時(shí)，樁筏基礎(chǔ)的水平動(dòng)力響應(yīng)播的剪切波作用下樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析.采用薄層元素法和有限單元法建立了土、樁和筏板三者之間的相互作用分析模型，著重分析了樁筏基礎(chǔ)的有效輸入地動(dòng)(即反映了筏板響應(yīng)與自由場(chǎng)地面運(yùn)動(dòng)大小關(guān)系的水平和搖擺動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)).對(duì)樁筏基礎(chǔ)和群樁、筏板基礎(chǔ)的水平和搖擺動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行了比較，并討論了樁的距徑比、樁的長(zhǎng)徑比以及樁土彈性模量比對(duì)樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)的影響.結(jié)果表明，當(dāng)樁的距徑比較大時(shí)，忽略筏板的影響會(huì)導(dǎo)致對(duì)樁筏基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)的過小

8、評(píng)價(jià).　　關(guān)鍵詞：土-結(jié)