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桩基水平振动理论与性状研究

胡安峰  
【摘要】: 桩基的水平动力特性已受到工程界越来越普遍的重视,但关于水平动力受荷桩的理论和性状至今仍处于研究阶段。本文建立了一整套考虑桩体剪切变形的桩基水平振动分析理论,并较系统地研究了桩的长径比、桩土刚度比、激振频率等因素对桩基水平动力响应的影响。 首先,基于动力Winkler模型(BDWF)对粘弹性地基中有限长桩的水平动力响应问题进行求解,得到了单桩在桩顶受水平简谐荷载作用下的时域解析解,并在此基础上通过叠加原理得到了半正弦激振条件下的瞬态解析解。同时,对上述同一问题在频域内进行求解,得到了各种边界条件下的有限长桩和无限长桩水平稳态振动解。 利用所得解,采用与频率相关的刚度系数和阻尼系数的近似表达式,对有限长桩和无限长桩的动力特性特别是对最大无量纲响应沿深度的变化曲线进行了参数研究,表明在常见桩土参数下,当长径比大于15时,可将有限长桩视为无限长桩以简化计算。 首次在桩基的水平振动分析中考虑了桩体的剪切变形,获得了单桩在均匀地基中更为精确的水平振动解。通过参数分析,提出在常见桩土参数情况下可以将剪切效应忽略不计的界限长径比约为8。在此基础上,进一步得到了成层粘弹性地基中考虑桩体剪切变形的单桩水平振动解析解,并分析了桩基剪切变形对水平动力响应的影响。 基于获得的考虑剪切变形的单桩水平振动解和Makris(1992)提出的双桩分析方法得到了横向相互作用因子的计算公式,并通过参数分析研究了横向相互作用因子的变化规律以及剪切变形对其的影响。在此基础上,利用叠加原理得到了考虑桩体剪切变形的群桩水平动力响应解,并分析了剪切变形和其他因素对桩顶水平位移以及桩顶剪力分布的影响。 本文所给出的从单桩到双桩再到群桩的一整套水平动力响应分析理论和解答,首次同时考虑了桩基水平振动时的弯曲变形和剪切变形,克服了现有解只能考虑弯曲变形的不足,从而完善了桩基水平振动理论。


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