基于改进Vlasov地基模型的单桩地震动响应研究

发布时间：2019-07-29 08:38

【摘要】：作为一种常见的深基础，桩基础具有较高承载能力、较强适应力和良好的稳定性。但地震震害调查发现，在较强的地震作用下，桩基础也经常发生破坏，从而造成建筑物的损坏甚至倒塌。桩基础地震动响应研究，目前已有理论计算方法还不能很好地揭示其抗震机理。桩基础抗震计算研究的核心研究内容是桩-土动力相互作用。在以往解析研究中，利用Winkler地基梁模型来模拟地震作用下的桩-土动力响应是最主要的解析研究手段。其他如边界元法和有限元法等虽然能解决较复杂的问题，但是计算较复杂，其结果也需要解析方法进行验证。因此，地震作用下桩基础动力响应研究具有明显的工程实际意义和理论研究价值。本文基于改进Vlasov地基模型，分别对单桩竖向和水平向地震动响应进行了研究。首先，对竖向和水平向地震作用下的单桩桩-土系统分别提出了一个新的位移模式。然后，根据Hamilton原理，得到了位移模式中的未知函数的控制方程和边界条件。接着，本文引入一个迭代算法实现解耦求解。同时，通过与已有结果对比，验证了本文方法的正确性。最后，通过参数分析得到了一些重要的结论。本文主要的创新点是：(1)分别提出了一个全新的位移模式；(2)建立了基于改进Vlasov地基模型的桩-土模型，得到了单桩竖向和水平向地震动响应解析解；(3)针对单桩竖向和水平向地震动响应，分别提炼出了一个具有明确力学意义的物理模型。其中弹簧刚度和膜的参数具有明确的表达式。参数分析表明：竖向地震作用下，桩的长细比、桩-土模量比、激励频率都是影响桩-土动力响应的重要因素，而阻尼的影响较小；水平向地震作用下，桩的无量纲长度、桩的长细比、桩-土模量比都是重要的影响因素。
【图文】：

他们将v0I 曲线分为三个部分。如图1.2所示，(1)在低频阶段0 1(0 )，1vI ，桩基础表现出刚体运动；(2)在中频阶段1 0 2( )，动力响应因子vI 快速下降。这是由于在地震激励下，桩和周围土体发生了剧烈的相互作用；(2)在高频频阶段2 0( )，动力响应因子vI 在某一固定值附近波动。只有低、中频率阶段的振动才会传到上部结构，大于2 频率的振动都将

基于改进Vlasov地基模型的单桩地震动响应研究

体对桩的作用用一系列的相互独立的弹簧和阻尼器的影响来模拟。因而，该因其模型简单，计算量小，物理意义明确等特点而受到国内外学者的重视。Winkler地基梁模型经过较长时间的发展与完善，已取得了一系列的成果inkler[4]首次提出了Winkler地基梁模型。如图1.3所示，他将支撑地基梁的地做一系列的连续的独立的弹簧。由于其简洁性，这个模型很快就应用到了实程中[5]。但是，在这个模型中，弹簧和阻尼器都是相互独立的且只与那一点力相关。其中弹簧的刚度也难以确定，并且也忽略了地基中的剪应力，不能应力的扩散。地基的变形只发生在基础范围内，基础范围外的变形都为零。实际不相符合。实际工程中，土体是一种弹塑性材料，基床系数也不是一个。它还与土体性质、基础形状等直接相关。此后，大量的研究都集中于对这型的改进。并且出现了双参数、三参数等改进模型。Winkler地基梁是横放于中的，如将其竖直的设置在土体中就成为了桩的模型。在桩基动力响应的研，人们不断探索改进，，于是产生了一系列的成果，发展了一些各具特点的弹基梁模型。下面对几种经典的弹性地基梁模型进行概述。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU473.1

【参考文献】