頻率相關域的樁基結構豎向水平振動特性分析

摘 要：導出了一種可考慮土的分層以及樁頂軸向力參與作用的計算土介質中群樁動力相互作用因子的方法，進一步增強了SR簡化模型的應用效能利用子結構理論，可計算任意構型、樁數、土層屬性下的群樁結構系統動力反應，其計算工作量較小，便于工程應用.通過一橋梁墩基結構的地震反應分析表明：考慮豎向振動附加影響的水平激振作用會產生相當的附加變位，致使水平群樁阻抗效應減少；同時樁間動力相互作用影響也較單一水平力作用時有明顯規律性的增強；樁土子結構的柔性參與在一定程度上可降低體系水平動力反應.

關鍵詞： 樁承結構；土結構相互作用；樁間效應；群樁阻抗；動力反應

中圖分類號： TU473.1 文獻標識碼：A

近二三十年以來，由于樁基承載結構在工程中的廣泛應用，而考慮共同作用主要是強調基礎所產生的埋置效應對整個體系的動力行為影響，故除了核電站這類本身具有埋置特性的結構外，引入帶樁結構作為相互作用理論、試驗以及觀測研究的對象占據了主導方向.根據對土域的模擬方法，（樁基）土結構物動力相互作用分析途徑可以分為兩類：基于構建時域內動力積分方程的直接有限元法和基于時、頻域內變換的子結構法.J.Guin利用混合有限元邊界元技術，對基礎面以上運用頻域內的動力子結構法，而采用等效線性方法來計算自由場地震反應，該法既可計算整體式樁筏基礎、也可用于分離式橋墩基礎的動力反應分析劉立平等對常用的剛結模型、鉸結模型、接觸模型、簡化模型和彈簧模型五種樁土動力相互作用分析模型進行了對比研究，認為不同的分析模型有不同的適用范圍，在樁土動力相互作用分析時應根據所關心的問題選用不同的分析模型，并給出了選擇模型的建議Makris等采用上部橋臺與橋面板的6自由度集中參數簡化模型分析了橋梁結構與分離式樁基礎的共同作用，并根據現場震動記錄驗證了按考慮其與頻率無關的近似阻抗進行的時程分析預測的一致性Darbre則通過混合時頻分析法對具有滑移類型獨立基礎的反應堆建筑進行了動力分析，并引入擬線性系統解決了非線性迭代過程頻域內進行的問題，由三種場地上的各種介質模型的分析結果表明結構反應并沒有受到與頻率相關的基礎剛度太大的影響，驗證了在特定情形下應用常量基礎剛度所得時域內結果的有效性.本文建立了考慮軸向力參與作用影響時樁的水平振動動力平衡方程式，較為全面地揭示了群樁分層土系統中各樁間的動力相互作用影響，可以較為精確地求得基樁的各項隨頻軸向力影響下的動力相互因子、動力阻抗以及其樁身的動內力反應并將這種群樁效應反映到與上部結構的慣性相互作用中，形成了上、下部結構共同作用運動方程.通過便捷的計算過程即可得到水平地震作用下不同布樁方式及數量、土層與土性條件下群樁土結構體系的動力反應.