支盘桩—土—框架结构体系动力相互作用的振动台试验研究

【摘要】： 本文设计并实现了挤扩支盘桩-土-框架结构动力相互作用体系的振动台模型试验(支盘桩试验)。试验中考虑并解决了模型相似设计和土体边界条件模拟这两个公认的难题,采用三层分层土作为地基土、基础形式采用挤扩支盘桩、以12层钢筋混凝土框架结构模拟上部结构。在同济大学土木工程防灾国家重点实验室完成了缩尺比例为1:10的支盘桩-土-框架结构体系动力相互作用的振动台模型试验。再现了桩基及框架结构的震害现象。为了揭示地震作用下液化场地结构-地基动力相互作用的规律,同期进行了液化场地直杆桩-土-框架结构相互作用体系的振动台模型试验(直杆桩试验)。 通过对动力相互作用体系的试验现象、基频、阻尼比、振型、位移反应和上部结构顶层加速度反应进行计算和分析,研究了相互作用体系的地震动反应、支盘桩对结构体系的阻抗作用、地基液化对结构震害的影响和单、双跨框架结构抗震性能的差异。得出了一些主要结论: 支盘桩试验方面,上部结构在y方向(单跨)的摆动幅度明显大于x方向(双跨);在整个试验过程中,桩基承台面基本保持水平,结构基本没有沉降和倾斜;平行于x方向框架上的裂缝要明显多于平行于y方向上;支盘桩的裂缝集中在第一个支盘以上部分,而且平行于x方向桩身裂缝比平行于y方向上多。随着输入加速度峰值的增加,体系的频率逐渐降低、阻尼比逐渐增大,且x方向上框架结构顶层测点的阻尼比明显大于y方向上;由最大位移反应曲线可得,该体系上部结构位移较小,且随着振次的增加,上部结构的最大位移反应增大。上部结构顶层加速度主要由上部结构变形加速度分量组成;随着输入加速度峰值的增大,各加速度分量的频谱组成向低频移动,其中以上部结构变形加速度分量最为明显。 直杆桩试验方面,由于受到地基液化的影响,在整个试验过程中,桩基承台发生了明显的沉降;上部框架结构没有发现明显的裂缝;直杆桩裂缝在上覆粘土层与下伏粉土层分界处开展最为严重。随着输入地震波加速度峰值的增大,各加速度分量中摆动加速度和平动加速度向低频移动最为明显;结构摆动幅度有所加强,这与实际地震中砂土液化导致大部分建(构)筑物倾倒的现象一致。 试验结果表明,相互作用对结构的动力特性和地震反应均有较大的影响,支盘桩具有较好的抗压、抗拔、抗扭曲作用,双跨框架结构的抗震性能明显好于单跨,地基液化对结构震害产生了较大的影响。