基于振动台模型试验的单桩动力反应分析

摘要

随着我国经济建设的不断发展，越来越多的建筑形式开始出现，建筑物所处的地质情况也越来越复杂，预应力混凝土管桩以其成桩可靠、造价低、抗弯和抗压性能良好越来越受到欢迎。然而，近年来的几次大地震都给我们的抗震设计敲响了警钟，尤其是建筑物基础的抗震设计问题。截至目前为止，关于基础的抗震设计上的规范和研究较少，在对预应力混凝土管桩的设计和抗震问题中很难找到确切的依据。本文通过试验设计得到单桩在不同工况下的应变反应和相应的桩身内力。结合所得试验数据，总结单桩在不同加载方式、不同激振力下的内力分布规律，为以后的预应力混凝土管桩的抗震设计研究提供一定的试验支持。
　　 本文采用条件对比试验方法设计试验工况，包括加载方式的不同和激振波形的不同。加载方式分为动载和静载。其中，动载为模拟单桩在地震作用下的振动台试验，通过改变波的加速度峰值和波频率获得不同工况;静载则以加载大小调整工况。试验中，模拟单桩-土-上部结构在不同的工况下反应，得出单桩的初始应变数据。通过数据处理，得到桩身弯矩、剪力、轴力、荷载和位移分布。通过此次单桩振动台模拟试验，大致可以得到以下试验结果:
　　 (1)单桩沿桩身的应变是由因弯矩作用的弯矩应变和因附加轴力作用的轴应变共同产生的。经过分析，单桩上部（距桩顶600mm深度以上）受力以弯曲为主，单桩下部（距桩顶深度600mm深度以下）受力以轴力为主。
　　 (2)在振动台试验的不同工况下，得到单桩沿桩身的应变、弯矩、剪力和轴力分布形状，且相应分布形状均相同与工况无关。得到了桩身在各个工况下各内力的最大值点。
　　 (3)不同的工况下，单桩在地震作用下沿桩身的应变和内力大小与激振力的不同而不同。其中，激振波形频率相同时，激振波的加速度峰值越大，单桩的各项反应越大;激振波加速度峰值一致时，单桩反应的大小与激振波频率和上部结构自振频率的接近程度有关。
　　 (4)单桩在各个工况下沿桩身的荷载和位移分布形状均一致，大小则与加载方式和激振波形有关。
　　 (5)单桩在动荷载作用下反应与单桩在同等条件（桩顶最大动剪力和静荷载相同）静载作用下的反应形状一致，但单桩在静载下的反应比动载作用下的反应要小得多。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 预应力混凝土管桩综述

1．2．1 预应力混凝土管桩简介及其优点

1．2．2 预应力混凝土管桩的研究现状

1．3 研究预制混凝土管桩在地震作用下受力的必要性

1．4 本文研究目的及重点

第2章 单桩振动台试验和工况设置

2．1 引言

2．2 试验目的

2．3 试验测试系统

2．3．1 实验仪器

2．3．2 实验仪器的工作原理

2．3．3 模型桩材料的选取

2．4 相似关系设计

2．4．1 结构相似关系简介

2．4．2 相似关系计算

2．4．3 参考原型桩推导模型桩

2．5 模型桩制作

2．5．1 模型管桩制作方法

2．5．2 模型管桩中测点的布置

2．5．3 模型管桩应变片测试

2．6 上部结构设计及制作

2．6．1 上部结构设计

2．6．2 上部结构制作

2．6．3 上部结构模型特性测试

2．7 模型土制作

2．8 模型箱制作

2．9 静载实验设计

2．10 试验工况

2．10．1 实验波形的选择

2．10．2 实验分组与工况

2．11 本章小结

第3章 单桩振动台试验结果和应变数据处理

3．1 引言

3．2 试验现象

3．3 单桩的应变数据分析

3．3．1 应变数据初步处理及结论

3．3．2 应变规律的理论推导

3．3．3 单桩的弯矩应变数据处理

3．3．4 正弦波工况下桩身弯矩应变时程曲线试验结果分析

3．3．5 地震波工况下桩身弯矩应变时程曲线试验结果分析

3．4 试验数据初步结论

第4章 单桩振动台试验内力分析

4．1 引言

4．2 单桩内力分布规律

4．2．1 正弦波作用下单桩的内力分析

4．2．2 地震波作用下单桩的内力分析

4．3 本章结论

第5章 单桩振动台试验桩身荷载分布及其位移分析

5．1 引言

5．2 单桩沿桩身的荷载分布

5．2．1 正弦波作用下单桩桩身的荷载分布

5．2．2 正弦波作用下单桩荷载分布影响因素

5．2．3 地震波作用下单桩桩身的荷载分布

5．2．4 地震波作用下单桩荷载分布影响因素

5．3 单桩沿桩身的位移分布

5．3．1 正弦波作用下单桩位移分布

5．3．2 正弦波作用下单桩位移分布影响因素

5．3．3 地震波作用下单桩位移分布

5．3．4 地震波作用下单桩位移分布影响因素

5．4 本章小节

第6章 单桩水平静载试验及其与振动试验对比分析

6．1 引言

6．2 静载作用下桩身应变数据处理分析

6．2．1 静载作用下桩身应变分析

6．2．2 静载作用下桩身最大弯曲应变分析

6．3 单桩在静载作用下的内力分析

6．4 单桩在静载作用下的荷载和位移分析

6．4．1 单桩在静载作用下的荷载分布

6．4．2 单桩在静载作用下的位移分布

6．5 单桩在静载和动载作用下的内力分布对比

6．6 单桩在静动载作用下桩身荷载和位移对比分析

6．61 单桩在静动荷载作用下桩身荷载对比分析

6．62 单桩在静动荷载作用下桩身位移对比分析

6．7 本章结论

结论与展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果