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水平地震作用下单桩横向非线性动力响应分析

李亚丹  
【摘要】: 本文主要研究水平地震作用下单桩横向非线性动力响应问题。首先,利用有限元分析软件ANSYS,构造了一个考虑土的材料非线性和桩土界面状态非线性因素影响的三维有限元模型,该模型考虑了桩土单元的选取、土体边界的模拟、网格大小的划分、地震动输入方法、重力因素等,并对模型进行了静力学和动力学验证,以证明几何模型的正确性。其次,运用该模型,输入地震动,研究了常数阻尼和瑞雷阻尼两种不同计算模式下的自由场和单桩-地基土模型的横向地震响应。第二,利用该有限元模型,较为全面地研究了地震荷载作用下的单桩横向非线性动力响应,分析了桩头反应谱、地震波傅里叶谱等,进行了桩土弹性模量比、土体材料阻尼比、地震动输入水平等因素对单桩横向非线性动力响应的参数敏感性分析。第三,以单调加载条件下的p-y曲线为骨干曲线,采用动力Winkler地基梁模型,建立了水平地震作用下单桩横向非线性动力响应简化分析模型,编制了单桩横向非线性动力响应简化分析的有限元程序。通过与三维有限元数值模拟结果的比较,验证了简化分析模型的合理性和正确性。最后,运用简化分析模型,进行了设计烈度分别为7,8和9度时,不同地震动输入水平下桩头的反应谱和位移、加速度计算,为实际工程提供参考。通过以上分析,得到如下结论: 1、自由场模型分析的结果表明,土体能将从基岩输入的加速度加以放大,且塑性土模型较之弹性土模型的位移、速度、加速度更大,说明土体的材料非线性特性对自由场的地震响应,有着一定影响。 2、考虑土体的弹塑性和桩土界面是否分离时,其计算结果表明:土体的材料非线性和桩-土界面状态非线性特性,对单桩横向地震响应有一定影响,考虑这两个非线性因素,能更准确的描述单桩横向地震运动响应。 3、较之自由场,设置桩体后位移、速度、加速度明显减小,说明桩身的存在起到了隔震减震的作用。 4、水平地震时桩体最大动力响应(位移、加速度等)出现在桩顶或桩的上段部分。 5、桩土弹模比、土体材料阻尼比、输入地震动水平等参数,对桩土动力相互作用有影响,其中,桩土模量比在几个因素中影响最明显。


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