基于桩土耦合作用的竖向受荷群桩动力响应研究

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桩基础广泛应用于软弱土层中,作为各种结构的支护。除受静荷载作用外,许多桩基支承的基础和结构都受到诸如机器引起的振动、海浪和地震等动荷载的影响。不同于单桩动力响应,群桩基础存在着群桩效应,这使其动力特性变得更为复杂。而目前在工程实际应用中,桩基础大多以群桩基础形式出现。因此,研究动荷载下群桩承载机理与沉降计算,了解桩-土-桩的相互作用机理,对于指导桩基设计和工程应用具有重要的理论意义和实际价值。本文基于桩土耦合作用,分别研究了嵌岩型群桩和摩擦型群桩在竖向激励荷载下的动力响应。主要理论方法和取得的成果如下:(1)针对竖向荷载作用下均质地基中嵌岩型群桩的动力特性问题,本文建立了竖向受荷嵌岩双桩动力响应的解析计算模型。通过分离变量法,首先求解桩周土的动力响应,将桩基础的动位移用不同的局部坐标系表示。考虑桩土相互作用,利用Graf加法定理实现不同桩体局部坐标系的转换,得到了双桩位移场的解析解,最后将其推广至群桩的竖向振动分析。在验证本文方法正确性基础上进行了参数分析,结果表明:双桩间距增加,桩间相互作用系数减小。桩的长细比越大,双桩桩间相互作用系数越大。桩周土刚度越大,双桩桩间相互作用系数越大。群桩基础中,随着桩间距增大,桩间相互作用系数逐渐减小;角桩相互作用系数最小,中间桩最大。(2)针对竖向荷载作用下均质地基中摩擦型群桩的动力特性问题,本文建立了竖向受荷摩擦型群桩动力响应的解析计算模型。首先通过波动理论建立了土的动力平衡方程,结合边界条件求解局部坐标下各土体位移表达式。同样利用Graf加法定理将不同坐标系下的位移统一,得到群桩整体坐标系下含未知系数的土体位移场表达式。接着引入模量函数和密度函数分别表示摩擦桩和虚土桩的密度和弹性模量,建立桩和虚土桩统一的动力平衡方程。最后,结合桩土交界面处位移连续和应力协调条件进行求解。无量纲参数分析表明:桩间相互作用系数与桩间间距和桩径比成反比,与桩土模量比成正比。桩顶动刚度与桩间间距和桩径比成正比,与桩土模量成反比。桩土长深比对于桩顶动刚度影响微弱。
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