[發(fā)明專利]地震過程中覆蓋粘土層的液化場地橋梁樁基荷載—位移關(guān)系估算新方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410558713.X
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104462748B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐亮;凌賢長
• 申請（專利權(quán)）人: 唐亮;凌賢長
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E02D27/12
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種地震過程中覆蓋粘土層的液化場地橋梁樁基荷載－位移關(guān)系估算方法，它由五部分組成：(1)動力荷載－位移基本理論；(2)土層分界處樁的彎矩內(nèi)插函數(shù)處理方法；(3)樁－土動力相互作用力的計(jì)算；(4)樁的側(cè)向動位移求解及(5)樁土相對動位移的確定；

所述的五部分具體如下：

(1)動力荷載－位移基本理論

根據(jù)側(cè)向樁－土相互作用力及樁的變由梁的基本理論，通過沿著樁身分布的彎矩M(x)記錄反算得到：

式中，p為樁側(cè)土反力，y_pile為樁的變位，EI為樁的抗彎剛度，x為土層埋深，地表處x＝0；

為了進(jìn)一步得到樁－土動力相互作用荷載－位移，還需要求解樁的側(cè)向動位移y，土層位移y_soil通過土層加速度記錄積分得到；

(2)土層分界處樁的彎矩內(nèi)插函數(shù)處理方法

為了處理土層分界處樁的彎矩，在樁上靠近土層分界線上下位置布置兩對應(yīng)變片；由于應(yīng)變片本身長，考慮實(shí)際操作過程偏差，將位移土層分界線以上應(yīng)變片位置x坐標(biāo)取為一個值，土層分界線以下應(yīng)變片位于另一坐標(biāo)值；

(3)樁－土動力相互作用力的計(jì)算

基于三次多項(xiàng)式對每一連續(xù)的五節(jié)點(diǎn)區(qū)間內(nèi)彎矩?cái)M合并求解中間點(diǎn)微分值的方法，計(jì)算土反力時程，步驟如下，

1)采用三次多項(xiàng)式擬合第一個5節(jié)點(diǎn)區(qū)間內(nèi)彎矩值；

2)對上述三次多項(xiàng)式二次微分，確定出第一個5節(jié)點(diǎn)區(qū)間內(nèi)樁上線性的土反力分布；

3)求解第一個5節(jié)點(diǎn)區(qū)間內(nèi)中心點(diǎn)位置的函數(shù)值并得到該位置的土反力；

4)通過向上或向下移動一個節(jié)點(diǎn)組建下一個5節(jié)點(diǎn)區(qū)間，重復(fù)上述過程；

5)求解前一個、當(dāng)前和后一個5節(jié)點(diǎn)區(qū)間的中間節(jié)點(diǎn)處函數(shù)值；

6)通過平均由三個線性函數(shù)在中心點(diǎn)處的值得到土反力最終值；

為了求解樁上的土反力時程，需要求解每一時刻土反力，并在計(jì)算程序中實(shí)現(xiàn)；

為了使得樁的最上部或最下部彎矩節(jié)點(diǎn)能夠處于擬合多項(xiàng)式中心之上，需要在土層之上或樁端以下樁上分別額外增加兩個虛擬節(jié)點(diǎn)；對于離地表處樁最近的兩個測點(diǎn)，采用外推彎矩方法確定樁上土反力；上部結(jié)構(gòu)處樁的彎矩為零，地表處樁的彎矩通過試驗(yàn)方法直接實(shí)測得到，為已知量；因此，從上部結(jié)構(gòu)處到地表之間樁的彎矩保持線性變化關(guān)系，便可確定距離地表處樁到上部結(jié)構(gòu)處之間等間距相鄰兩點(diǎn)的彎矩；若地表處樁的彎矩未知，采用迭代方法求解樁的彎矩；

為了合理地確定樁端部以下樁上兩個虛擬節(jié)點(diǎn)的彎矩值，采用迭代誤差最小化的修正曲率－面積方法；具體為：首先，給虛擬節(jié)點(diǎn)賦予任一彎矩值；接著，采用上述三次多項(xiàng)式方法計(jì)算出相應(yīng)的土壓力；隨后，將土反力代替測得的曲率應(yīng)用到曲率－面積方法中，這樣反算得到樁的彎矩；最后，通過迭代方法保證測得的彎矩與反算出樁上彎矩之差平方的總和最小化，即可以確定虛擬節(jié)點(diǎn)的彎矩值；

(4)樁的側(cè)向動位移求解

為了使得內(nèi)插樁的彎矩?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生較小誤差，采用公式(3)～公式(6)計(jì)算樁的側(cè)向位移；通過曲線上點(diǎn)P和點(diǎn)P'的切線在C點(diǎn)豎直線上截取長dt的一段線段，給出了豎直平面內(nèi)點(diǎn)D相對點(diǎn)C相對的水平變位t_C/D，表示如下：

t_C/D為D點(diǎn)相對點(diǎn)C的切線偏離量，x₁為積分單元dx與計(jì)算點(diǎn)之間距離；樁尖相對土箱位移為零且有一初始傾角，則樁的側(cè)向動位移y等于曲率圖上點(diǎn)C與點(diǎn)D之間面積相對于計(jì)算點(diǎn)的一階慣性矩；曲率圖面積計(jì)算中，節(jié)點(diǎn)之間采用線性線段插值；上述確定樁的側(cè)向動位移求解的方法為分段雙重積分法，依賴于樁的邊界條件；

(5)樁土相對動位移的確定

通過土層中記錄了自下而上不同深度處遠(yuǎn)場土層的加速度時程；根據(jù)加速度時程，通過雙重積分得到不同深度處砂層位移時程；對于任一時刻，根據(jù)不同深度砂層位移，通過二次多項(xiàng)式擬合表示任一深度處砂層位移；按照最小二乘法，擬合位移計(jì)算值與試驗(yàn)值之間誤差平方最小，求出待定系數(shù)的最佳逼近值；據(jù)此，可以確定任一深度處砂層位移反應(yīng)，進(jìn)而得到樁土相對動位移。