桥梁地震响应分析中的桩—土—桥动力相互作用效应

摘要

本文采用有限元方法，借助软件ANSYS对单桩的水平、竖向、转动的阻抗函数和2×2群桩的水平、竖向的阻抗函数进行了计算，并将计算结果与薄层法计算结果进行了对比。本文主要做了以下工作：
　　1、总结了阻抗函数的计算方法，并运用薄层法的简化法计算了单桩的水平、竖向、转动的阻抗函数和2×2群桩的水平、竖向的阻抗函数。
　　2、利用有限元软件ANSYS建立了三维有限元模型，分析了H.E1-Marsafawi等人的桩基动力试验，在考虑粘弹性人工边界的基础上，采用土体的DP本构模型，首先进行了模态分析得到了单桩和群桩的自振特性，然后进行了谐响应分析，获得单桩和群桩在不同频率处的响应。
　　3、根据阻抗函数的定义，采用ANSYS计算了单桩阻抗函数，并将计算结果与薄层法的简化计算结果相对比，发现ANSYS的计算结果基本符合简化法的计算规律，用ANSYS计算基础阻抗的方法是可行的，为桥梁上部结构考虑土.结相互作用的振动响应奠定了基础。
　　4、总结了桩-土-桥相互作用的计算方法，然后运用子结构法分析了连续桥梁结构的动力响应。通过有限元软件ANSYS建立了桥梁上部结构模型，对上部结构的自振频率、位移的反应曲线等地震反应进行了分析，并与不考虑阻抗函数的计算结果进行对比，发现考虑基础阻抗之后，体系的动力特性变化很大：(1)考结构自振频率明显减小了，其中基频减小了24％；(2)地震作用下结构的顶点位移发生明显的增大；(3)结构的加速度响应增大了1.25倍(4)位移的谐响应特性发生较大变化。