[發明專利]群樁基礎水平動力響應時域非線性計算方法

在審

• 申請號: 202110233879.4
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112883328A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 涂文博;鄧淇元;林瀾;張霄涵;張鵬飛;陳華鵬;蘇明陽;謝輝
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F17/13
• 分類號: G06F17/13;G06F17/16;G06F30/13;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京正道智華專利代理事務所(普通合伙) 32396
• 代理人: 施翔宇

本發明提供一種群樁基礎水平動力響應時域非線性計算方法，包括建立群樁的非線性動力相互作用分析模型；設定樁身參數、土體參數、時間步長Δt及荷載參數；取某一時間步的荷載分析，假定各深度處初始位移取值為0，得出各土層初始動剪切模量，后求出下一個時間步群樁基礎各部分動力位移響應，并根據應力應變曲線及時修正對應位移下樁周各土層的平均剪應變；根據求出的各土層平均剪應變迭代重復驗算該次迭代時使用的剪切模量是否符合當前預設的收斂標準；重復上述步驟，進行下一個時間步計算。本發明基于非線性動力溫克勒理論分別建立了群樁基礎的時域非線性動力分析模型，對樁基設計和施工具有重要理論指導意義。

技術領域

本發明涉及樁基技術領域，具體是一種群樁基礎水平動力響應時域非線性計算方法。

背景技術

群樁基礎作為一種傳統且使用最為廣泛的深水基礎型式，從上世紀以來即備受工程師青睞，例如已通車的蘇通大橋、東海大橋、杭州灣跨海大橋、膠州灣跨海大橋等均使用群樁基礎。群樁基礎具有良好的動力承載性能且能夠適應各種復雜地質條件。群樁在實際工程中不僅承受豎向荷載，還承受較大的波浪、水流或地震動荷載。群樁水平動力分析相對復雜，以往考慮群樁非線性水平動力相互作用時多采用動力p乘子法及動力相互作用因子疊加法，但以上p乘子法多依賴于工程經驗性結果得出，處于初步的探索發展階段，動力相互作用因子疊加法則主要用于頻域分析計算，均過于簡化群樁的動力計算過程。為考慮土體與群樁基礎之間的非線性動力相互作用，有必要提出更加符合土-結構動力相互作用原理的簡化計算方法。

基礎動力分析有頻域和時域兩種方法。頻域求解計算簡便，但其主要基于彈性分析理論，雖然能夠通過改變剪切模量及阻尼比方式考慮土體的非線性特性，但理論上也屬于一種近似等效非線性分析方法。即此方法在計算某一頻率下的激振荷載作用均使用的是統一的模量及阻尼值，與實際工程中符合基礎結構的受力特性相違背；而時域求解則能夠非常方便的考慮復合基礎的非線性特征，反映基礎動力響應的時程變化趨勢，并可以計算得出應力應變回滯曲線。

當樁基礎水平承受較大的波浪、水流或地震動荷載時，土體與基礎之間存在強烈的非線性接觸作用(土體脫開、滑移)等，因此實際工程中需要一種基于時域的群樁基礎非線性動力響應分析。因此，本發明結合非線性動力溫克勒理論提出一種群樁動力響應時域非線性計算方法，為樁基動力設計和施工提供理論支撐。

發明內容

發明目的：為解決上述技術問題，本發明提供一種群樁基礎水平動力響應時域非線性計算方法。

技術方案：本發明的一種群樁基礎水平動力響應時域非線性計算方法，包括以下步驟：

S1：建立群樁的非線性動力相互作用分析模型；

S2：設定樁身參數、土體參數、時間步長Δt及荷載參數；

S3：取某一時間步的荷載分析，假定各深度處初始位移取值為0，得出各土層初始動剪切模量，后通過下式求出下一個時間步群樁基礎各部分動力位移響應，并根據應力應變曲線及時修正對應位移下樁周各土層的平均剪應變；

式中，u_p為位移向量矩陣，P^G為等效合力矩陣，P_P為樁樁相互作用矩陣；

S4：根據求出的各土層平均剪應變迭代重復驗算該次迭代時使用的剪切模量是否符合當前預設的收斂標準；

S5：重復步驟S3-S4，進行下一個時間步計算，判斷是否達到事先設定的收斂標準，直至完成計算。

進一步地，所述步驟S1包括以下步驟：

S1.1：建立水平簡諧荷載作用的單樁動力響應分析模型；

S1.2：建立水平簡諧荷載作用的樁樁動力響應分析模型；

S1.3：根據變形及力協調條件建立群樁受力分析模型。