水平地震作用下单桩横向非线性动力响应分析

论文摘要

本文主要研究水平地震作用下单桩横向非线性动力响应问题。首先,利用有限元分析软件ANSYS,构造了一个考虑土的材料非线性和桩土界面状态非线性因素影响的三维有限元模型,该模型考虑了桩土单元的选取、土体边界的模拟、网格大小的划分、地震动输入方法、重力因素等,并对模型进行了静力学和动力学验证,以证明几何模型的正确性。其次,运用该模型,输入地震动,研究了常数阻尼和瑞雷阻尼两种不同计算模式下的自由场和单桩-地基土模型的横向地震响应。第二,利用该有限元模型,较为全面地研究了地震荷载作用下的单桩横向非线性动力响应,分析了桩头反应谱、地震波傅里叶谱等,进行了桩土弹性模量比、土体材料阻尼比、地震动输入水平等因素对单桩横向非线性动力响应的参数敏感性分析。第三,以单调加载条件下的p-y曲线为骨干曲线,采用动力Winkler地基梁模型,建立了水平地震作用下单桩横向非线性动力响应简化分析模型,编制了单桩横向非线性动力响应简化分析的有限元程序。通过与三维有限元数值模拟结果的比较,验证了简化分析模型的合理性和正确性。最后,运用简化分析模型,进行了设计烈度分别为7,8和9度时,不同地震动输入水平下桩头的反应谱和位移、加速度计算,为实际工程提供参考。通过以上分析,得到如下结论:1、自由场模型分析的结果表明,土体能将从基岩输入的加速度加以放大,且塑性土模型较之弹性土模型的位移、速度、加速度更大,说明土体的材料非线性特性对自由场的地震响应,有着一定影响。2、考虑土体的弹塑性和桩土界面是否分离时,其计算结果表明:土体的材料非线性和桩-土界面状态非线性特性,对单桩横向地震响应有一定影响,考虑这两个非线性因素,能更准确的描述单桩横向地震运动响应。3、较之自由场,设置桩体后位移、速度、加速度明显减小,说明桩身的存在起到了隔震减震的作用。4、水平地震时桩体最大动力响应（位移、加速度等）出现在桩顶或桩的上段部分。5、桩土弹模比、土体材料阻尼比、输入地震动水平等参数,对桩土动力相互作用有影响,其中,桩土模量比在几个因素中影响最明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桩基础概述
• 1.2.1 桩基础的结构特点、作用及分类
• 1.2.2 单桩承载力受力分析
• 1.3 国内外研究工作
• 1.3.1 国内外研究工作情况
• 1.3.2 桩－土横向动力相互作用理论分析模型
• 1.3.3 桩－土动力分析方法
• 1.4 桩－土动力相互作用分析中存在的主要问题
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 水平地震下单桩横向动力响应的数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 单桩－地基土系统三维有限元几何模型
• 2.2.1 单桩－地基土系统三维有限元模型的基本参数
• 2.2.2 单桩－地基土系统三维有限元模型的几何构造
• 2.2.3 三维有限元模型的运动约束条件及边界处理
• 2.3 三维有限元模型的单元类型和单元划分
• 2.3.1 单桩、地基土单元类型
• 2.3.2 单桩－地基土界面单元类型
• 2.3.3 单元网格划分
• 2.4 地基土和桩性能
• 2.4.1 地基土性能
• 2.4.2 桩性能
• 2.5 初始荷载条件
• 2.6 单桩-地基土系统三维有限元模型验证
• 2.6.1 单桩－地基土系统三维有限元模型（准）静力学验证
• 2.6.2 单桩－地基土系统三维有限元模型动力学验算
• 2.7 输入地震动及计算中相关问题的处理
• 2.7.1 运动方程的建立
• 2.7.2 地震动输入方法
• 2.7.3 地震动加速度时程的选取
• 2.7.4 模型计算中的相关问题的处理
• 2.7.5 边界位移时程曲线
• 2.8 本章小结
• 第三章 单桩横向非线性动力响应参数分析
• 3.1 引言
• 3.2 水平位移随深度变化规律
• 3.3 反应谱计算
• 3.4 地震加速度傅里叶谱
• 3.5 单桩－地基土系统参数分析
• p/E_s 对结构体系反应的影响'>3.5.1 桩－土弹模比E_p/E_s对结构体系反应的影响
• 3.5.2 土体的材料阻尼比ξ对结构体系反应的影响
• i/g 对结构体系反应的影响'>3.5.3 输入地震动水平a_i/g 对结构体系反应的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 水平地震作用下单桩横向非线性动力响应简化分析
• 4.1 引言
• 4.2 单桩－地基土动力分析模
• 4.2.1 单桩模型
• 4.2.2 土作用力模型
• 4.3 运动方程的建立
• 4.4 计算方法及流程
• 4.5 简化分析模型验证
• 4.6 水平地震作用下单桩横向非线性动力响应简化分析及对比
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表论文目录