考虑桩土局部分离的单桩水平瞬态响应分析
发布时间：2021-01-13 14:01
基于Novak薄层单元法和辐射应力理论,引入势函数解耦土体运动方程,结合桩土接触面混合边界条件,推导了Laplace域内桩、土位移的辐射应力解。引入Laplace数值逆运算的Durbin算法及基于EPAL的加速收敛算法,得到了时域上桩、土位移的瞬态响应。将计算结果与采用有限元法、边界元法和连续介质解的结果进行了对比,验证了考虑桩土分离的必要性和本文方法的有效性,并分析了桩土局部分离特性对桩和桩周土动力响应的影响。此外,通过参数分析,研究了考虑桩土局部分离时,桩土模量比和桩身长径比对桩身位移瞬态响应的影响。结果表明:桩土局部分离特性对桩身位移响应幅值和桩周土位移场分布影响显著,且对桩身位移响应在不同桩土模量比作用下的变化规律有一定的影响。桩土模量比对桩身位移响应影响较为显著,桩身长径比较小时,长径比对桩顶位移响应影响较大。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(09)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
桩-土相互作用计算模型
ump[18]与Honig[19]。eππππReicosImisinctkkktkktCfcfcTTTTT，(50)011()2NNkkftCC。(51)3.2算例对比与分析Ⅰ为验证本文解的有效性及探讨考虑桩土局部分离对桩、土位移瞬态响应的影响。参考文献[9]中参数，本文采用如图2所示的三角形冲击荷载，其中6maxP10kN，冲击荷载持续时间t=10，桩周土体泊松比s=0.4，桩身弹性模量pE=280，密度p=1.6，直径d=2m，桩身长度l=75。图2三角形冲击荷载时程Fig.2Timehistoriesoftriangularimpactforce分别采用本文方法和有限元法计算桩–土的位移时程，并与边界元法[5-6]和连续介质解[9]的计算结果进行对比。其中边界元法和连续介质解均假定桩土接触面连续紧密接触，有限元法假定桩土相互作用为硬接触，摩擦系数取tan(0.8)[12]，其中为桩周土体内摩擦角。如图3所示，与边界元法和连续介质解相比，采用本文方法得到的桩顶位移幅值增大57.3%～61.0%，证明了文献[5]中关于“实际工程中，桩土接触面会发生部分屈服和局部脱开、滑移，因而，实际位移可能与文中计算结果相距甚远”的推论。相对于有限元法，采用本文方法得到的桩顶位移幅值减小19.6%，这是由于有限元法计算中桩土接触面存在相对滑移。此外，由图3中桩顶运动时程可以看出，采用本文方法、有限元和边界元法计算得到的桩顶位移均有较为明显冲击—回弹—再冲击的现象，而连续介质解则没有这种现象。原因是基于平面应变模型计算
1738岩土工程学报2020年图3桩顶水平位移对比Fig.3Comparisonoftransversedisplacementsatpiletop得到的土层水平动阻尼较三维模型偏大[20]，忽略桩土局部分离特性和高频冲击荷载[21]使其偏差更为显著。因而在桩土模量比较小时，采用连续介质解的桩土相互作用模型呈现出“过阻尼”的状态，此时计算结果与实际情况可能存在较大差异。图4，5分别给出了采用本文方法、有限元法和连续介质解[9]计算得到的地表x，y方向位移场分布，其中x，y方向分别平行和垂直于桩身运动方向（见图1）。时间因子t取6.2，如图3所示，此时上述几种方法得到的桩顶位移均接近于时程曲线最大值。如图4（b），（c）所示，本文方法和有限元法计算得到的地面位移场较为接近。与图4（a）中连续介质解的结果相比，桩后主动区土体位移较小，与桩身出现较为明显的相对位移。图4t=6.2时刻地表x方向位移场分布Fig.4Displacementfieldsinxdirectionwhent6.2另外，如图5（a），（b）所示，考虑桩土局部分离时，桩身运动对桩侧后土体的动力作用较不考虑桩土局部分离的结果有一定削弱。图5（c）中有限元法由于考虑了桩侧土体的滑移，桩身运动对桩侧土体影响进一步降低。可以看出，是否考虑桩土局部分离，对桩周土位移场分布有显著影响。值得指出的是，在Tuladhar等[11]采用有限元法和现场试验对桩土局部分离特性的研究中，所得到的桩周土位移场与本文结果有相同的规律。此外，文献[11]中同时采用有限元法分析了不考虑桩土局部分离的对比组，所得到的桩周土位移场和采用连续介质解[9]的结果相似，且均与试验结果存在较大差异。以上对比进一步地
【参考文献】：
期刊论文
[1]饱和土中单桩水平瞬态响应研究[J]. 刘圆圆,王星华,章敏,孙箭林. 岩土力学. 2013(09)
[2]水平瞬态荷载下基桩的动力响应分析[J]. 龙丽丽,刘东甲,蒋红. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(07)
[3]基于Timoshenko梁模型的完整桩瞬态横向振动模拟计算[J]. 龙丽丽,刘东甲,卢志堂,许锋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(03)
本文编号：2974991
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(09)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
桩-土相互作用计算模型
ump[18]与Honig[19]。eππππReicosImisinctkkktkktCfcfcTTTTT，(50)011()2NNkkftCC。(51)3.2算例对比与分析Ⅰ为验证本文解的有效性及探讨考虑桩土局部分离对桩、土位移瞬态响应的影响。参考文献[9]中参数，本文采用如图2所示的三角形冲击荷载，其中6maxP10kN，冲击荷载持续时间t=10，桩周土体泊松比s=0.4，桩身弹性模量pE=280，密度p=1.6，直径d=2m，桩身长度l=75。图2三角形冲击荷载时程Fig.2Timehistoriesoftriangularimpactforce分别采用本文方法和有限元法计算桩–土的位移时程，并与边界元法[5-6]和连续介质解[9]的计算结果进行对比。其中边界元法和连续介质解均假定桩土接触面连续紧密接触，有限元法假定桩土相互作用为硬接触，摩擦系数取tan(0.8)[12]，其中为桩周土体内摩擦角。如图3所示，与边界元法和连续介质解相比，采用本文方法得到的桩顶位移幅值增大57.3%～61.0%，证明了文献[5]中关于“实际工程中，桩土接触面会发生部分屈服和局部脱开、滑移，因而，实际位移可能与文中计算结果相距甚远”的推论。相对于有限元法，采用本文方法得到的桩顶位移幅值减小19.6%，这是由于有限元法计算中桩土接触面存在相对滑移。此外，由图3中桩顶运动时程可以看出，采用本文方法、有限元和边界元法计算得到的桩顶位移均有较为明显冲击—回弹—再冲击的现象，而连续介质解则没有这种现象。原因是基于平面应变模型计算
1738岩土工程学报2020年图3桩顶水平位移对比Fig.3Comparisonoftransversedisplacementsatpiletop得到的土层水平动阻尼较三维模型偏大[20]，忽略桩土局部分离特性和高频冲击荷载[21]使其偏差更为显著。因而在桩土模量比较小时，采用连续介质解的桩土相互作用模型呈现出“过阻尼”的状态，此时计算结果与实际情况可能存在较大差异。图4，5分别给出了采用本文方法、有限元法和连续介质解[9]计算得到的地表x，y方向位移场分布，其中x，y方向分别平行和垂直于桩身运动方向（见图1）。时间因子t取6.2，如图3所示，此时上述几种方法得到的桩顶位移均接近于时程曲线最大值。如图4（b），（c）所示，本文方法和有限元法计算得到的地面位移场较为接近。与图4（a）中连续介质解的结果相比，桩后主动区土体位移较小，与桩身出现较为明显的相对位移。图4t=6.2时刻地表x方向位移场分布Fig.4Displacementfieldsinxdirectionwhent6.2另外，如图5（a），（b）所示，考虑桩土局部分离时，桩身运动对桩侧后土体的动力作用较不考虑桩土局部分离的结果有一定削弱。图5（c）中有限元法由于考虑了桩侧土体的滑移，桩身运动对桩侧土体影响进一步降低。可以看出，是否考虑桩土局部分离，对桩周土位移场分布有显著影响。值得指出的是，在Tuladhar等[11]采用有限元法和现场试验对桩土局部分离特性的研究中，所得到的桩周土位移场与本文结果有相同的规律。此外，文献[11]中同时采用有限元法分析了不考虑桩土局部分离的对比组，所得到的桩周土位移场和采用连续介质解[9]的结果相似，且均与试验结果存在较大差异。以上对比进一步地
【参考文献】：
期刊论文
[1]饱和土中单桩水平瞬态响应研究[J]. 刘圆圆,王星华,章敏,孙箭林. 岩土力学. 2013(09)
[2]水平瞬态荷载下基桩的动力响应分析[J]. 龙丽丽,刘东甲,蒋红. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(07)
[3]基于Timoshenko梁模型的完整桩瞬态横向振动模拟计算[J]. 龙丽丽,刘东甲,卢志堂,许锋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(03)
本文编号：2974991
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