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远场地震作用下桩基的横向地震响应研究

蒋东旗

  震后调查显示桩基或因设计弯矩不足而产生破坏,或因其过大的横向位移影响上部结构的继续使用。而在远场地震作用下,成层地基中瑞利波具有弥散特性且能量占优。因此,研究远场地震成层地基中瑞利波的弥散特性及其自由场位移分布,结合具体的抗震设防烈度和场地特征周期,定量计算远场地震作用下桩基的横向地震响应,对桩基的抗震设计具有重要的意义。本文介绍了成层地基中瑞利波特征方程的几种求解方法,计算并分析总结了几种常见成层地基的瑞利波弥散特性及其自由场的横向位移分布规律。然后,采用Winkler地基梁模型,考虑上部结构惯性力的作用,推导了远场地震成层地基中单桩的横向地震响应的解析解。将其解析解与具体的的抗震设防烈度和场地特征周期结合起来,计算分析了成层地基中单桩的横向地震响应,得到了以下结论:1)上部结构惯性力对桩的横向地震响应的影响不可忽略;2)成层地基中的单桩的横向地震响应主要受地震基本加速度、场地特征周期、上部结构质量的影响,随地震基本加速度、上部结构质量的增大而增大;场地特征频率越接近桩基自振频率,桩基地震响应越大,等于自振频率时,由于发生共振现象,桩基响应幅值最大;3)桩土刚度比越大,桩土之间的相对位移的幅值越大;4)桩顶固接的连接方式,可以有效地降低地震时单桩的横向地震响应。在单桩地震响应分析的基础上,引入桩与桩的相互作用因子,推导了远场地震作用下成层地基中群桩横向动力响应的计算公式。结合具体的抗震设防烈度和场地特征周期,计算了成层地基中群桩的横向地震响应。并分析了桩与桩相互作用因子对群桩横向地震响应的影响。得到了以下结论:1)桩的相互作用因子随频率呈周期性变化,在振动频率比较低的情况下,桩的横向相互作用因子也较低,当频率趋近于零时,相互作用因子也趋近于零;2)桩的相互作用因子的幅值随瑞利波入射角度Φ的变化而变化,在Φ=0°情况下幅值最大,且随入射角度的增加,波动的周期明显缩短;3)桩的相互作用因子的幅值随着桩与桩间距的增加而减小,至s/d=15时,桩的相互作用因子基本趋近于0;4)在频率比较低时,相互作用因子幅值随桩土相对刚度比的增加而显著增加;5)桩顶固接可以有效地降低群桩的横向地震响应幅值,由瑞利波产生的群桩效应可以忽略不计;6)群桩中不同桩位的桩的横向地震响应是不同的,每根桩所在的桩位对其横向地震响应有很大的影响;刀桩数的增加并不能减小桩的横向动力响应。对于桩顶固接的群桩,桩的横向动力响应会有明显的增加。最后,运用本文理论对一工程实例进行了计算,并与现行桩基规范进行了对比分析,然后对该工程桩基进行了抗震验算,从工程实践意义上定量地指导了远场地震作用下桩基的抗震设计与验算。……   
[关键词]:远场地震;瑞利波;成层地基;单桩;相互作用因子;群桩;抗震设计
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2002年
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