[發(fā)明專利]一種部分埋入式樁基的水平-搖擺振動阻抗確定方法

有效

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• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111962572B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 王玨;韓亦鳴;張玉全;葉會然
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/12
• 分類號: G06F17/12;G06F30/23;E02D33/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種部分埋入式樁基的水平?搖擺振動阻抗確定方法，包括如下步驟：根據(jù)樁周層狀飽和土的水平分層情況，沿z軸離散樁身及樁周層狀飽和土，根據(jù)每一層樁周土體的弱化情況，沿樁基徑向圈狀離散弱化域飽和土；根據(jù)Biot理論建立離散后各圈層飽和土波動方程并求解得到各圈層飽和土的位移場和應力場的矩陣，再計算樁土接觸面上的單位水平動反力，求解預先建立的非埋置段樁身的自由橫向振動方程以及埋置段樁身在飽和土水平動反力作用下的受迫橫向振動方程，得到各樁段力、變形連續(xù)條件和樁底邊界條件，計算出部分埋入式樁基的水平?搖擺振動阻抗。本方法能夠提高樁基工程中部分埋入式樁基水平?搖擺阻抗的計算精度。

技術領域

本發(fā)明屬于土建技術領域，涉及一種部分埋入式樁基的水平-搖擺振動阻抗確定方法，特別涉及沿海地區(qū)的埋入式樁基在風浪長期循環(huán)作用下，計算樁周層狀飽和土產(chǎn)生循環(huán)弱化效應后對部分埋入式樁基的水平-搖擺振動阻抗的影響。

背景技術

隨著橋梁工程、海洋工程的發(fā)展，樁基礎的設計不再局限于完全埋入式的情形，如圖1所示，為部分埋入式樁基被廣泛應用于深水橋梁、風電工程、石油鉆井平臺等結(jié)構(gòu)中。在外荷載的激勵下，飽和土和樁身之間存在著動力相互作用，進而改變上部結(jié)構(gòu)的動力特性。因此當上部結(jié)構(gòu)為高聳且頂部質(zhì)量集中的動力敏感結(jié)構(gòu)時，有必要考慮土與樁基動力相互作用對上部結(jié)構(gòu)動力特性的影響。在研究地震、風和海浪等以水平方向為主的動力相互作用問題中，確定描述部分埋入式樁基樁頂振動位移與外激振荷載關系的水平-搖擺振動阻抗是一個重要環(huán)節(jié)。

部分埋入式樁基礎的水平-搖擺振動阻抗是依賴于外荷載頻率的復變函數(shù)矩陣，其中實部表示剛度系數(shù)，虛部表示阻尼系數(shù)。現(xiàn)有技術中對樁基礎的動力分析主要是從承受地基靜荷載的理論中推廣而來并采用經(jīng)驗系數(shù)加以修正，理論上不夠嚴密。因此，科技工作者們進行了研究，取得了一定的成果，常用到的理論有Timoshenko梁及Biot理論，其中Timoshenko梁是能考慮樁身橫向振動過程中剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量的理論，能精確地描述樁身振動位移與外荷載的關系。Biot理論是流體飽和多孔介質(zhì)波傳播理論，能精確地描述土體中固體骨架和流體的位移及其應力-應變關系。

目前樁基礎的水平-搖擺振動阻抗主要有兩種理論確定方法，一種是以有限元模型為代表的數(shù)值方法，但彈性半空間地基會給樁土相互作用問題帶來巨大的計算量，不易用于實際工程問題；另一種是以彈性地基梁模型為代表的解析或半解析方法，該方法模型簡單易于計算，被廣泛用于樁土相互作用問題中。但由于對樁土相互作用問題做了層層簡化，現(xiàn)有的方法無法在計算樁身水平-搖擺振動阻抗時準確地考慮由于風浪等水平荷載長期循環(huán)作用引起的樁周土弱化效應、近海飽和土的滲透特性以及樁身的部分埋置效應及樁身剪切效應。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種部分埋入式樁基的水平-搖擺振動阻抗確定方法，能合理反應振動過程中地基土與直樁力學特性的水平-搖擺振動阻抗確定方法，提高樁基工程中部分埋入式樁基水平-搖擺阻抗的計算精度。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種部分埋入式樁基的水平-搖擺振動阻抗確定方法，包括如下步驟：

1.一種部分埋入式樁基的水平-搖擺振動阻抗確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟a：根據(jù)樁周層狀飽和土的水平分層情況，沿z軸離散樁身及樁周層狀飽和土，根據(jù)每一層樁周土體的弱化情況，沿樁基徑向圈狀離散弱化域飽和土；

步驟b：根據(jù)Biot理論建立離散后各圈層飽和土波動方程并求解得到各圈層飽和土的位移場和應力場的矩陣，再基于各圈層位移及應力連續(xù)條件計算樁土接觸面上的單位水平動反力；

步驟c：基于所述樁土接觸面上的單位水平動反力，求解預先建立的非埋置段樁身的自由橫向振動方程以及埋置段樁身在飽和土水平動反力作用下的受迫橫向振動方程，得到各樁段力、變形連續(xù)條件和樁底邊界條件；