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水平偏心撞击下群桩动力响应试验与建模

蔡聪  
【摘要】:新世纪以来,社会和经济的巨大需求推动我国交通、能源等基础设施建设井喷式发展,超大型近海结构物不断出现。这些结构物容易受到船撞。撞击作用位置的显著随机特征,决定群桩基础受到水平偏心作用的普遍性。因此,桥梁、码头、水上输电塔等基础设施的偏心防撞问题是我国当前急需解决的重要研究课题。本文针对上述问题首先开展了群桩水平撞击和水平偏心撞击离心试验,通过试验认识群桩在水平偏心撞击下的动响应规律。接着从水平偏心静力受荷群桩入手,在前人工作的基础上,基于瞬时扭转中心概念给出了任意分布群桩静力响应计算模型。最后,理论分析了群桩基础的动力桩-土-桩相互作用,进而提出了群桩动力响应计算模型建模思路。离心试验发现,在较小撞击速度和偏心距皆条件下,偏心撞击和水平撞击撞击速度和撞击力之间的关系相近;与水平撞击相比,群桩承台不仅产生水平振动,同时也产生扭转振动;偏心撞击产生的承台扭转造成基桩桩头剪力分配差异增加,各桩在撞击方向的剪力峰值出现时刻不同。与偏心静力作用时相比,桩头内力峰值出现时刻滞后于撞击力峰值时刻。其次,在忽略承台倾覆的条件下,以瞬时转动中心为参考点,确定各基桩桩头位移间的关系,从而建立各基桩桩头位移和扭转中心坐标之间的联系。结合水平受荷单桩计算的p-y曲线法和受扭单桩计算的r-φ曲线法,采用考虑不同运动方向两桩间桩-土-桩相互作用的p乘子计算方法,编写了群桩非线性响应计算程序ELPGROUP;程序能够较好分析不同受荷形式下的群桩响应,经过与不同算例对比验证了程序的可靠性。最后,采用弹性波传播理论分析了水平偏心撞击下群桩中动力水平和扭转桩-土-桩相互作用;给出了水平偏心撞击下群桩动力非线性响应的建模思路,为该问题数值计算提供了一种可行路径。


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