可液化砂土中直桩和斜桩抗震特性对比研究

摘要

改革开放以来我国的土木行业快速发展，各种大型项目建设进入了一个高速发展的阶段，桩基础在其中应用广泛，但与此同时，桩基础的应用也受到许多恶劣环境的挑战，像是潮汐和地震等。因为斜桩可以通过轴力分担水平荷载的特点，就被提出用以应对复杂横向力环境。但限于施工工艺和理论研究等因素，斜桩在我国并未得到广泛应用，其抗震特性的研究仍需深入。　　本文以可液化土中的直桩系统和斜桩系统为研究对象，借助大型振动台试验辅以数值模拟，对比直桩系统和斜桩系统在三种地震波(Landers波、Wenchuan波、EI-centro波)在不同地震动强度(0.2g、0.3g、0.4g)共九个工况下的地震反应，对超孔隙水压力、高桩承台的水平加速度和转动加速度、上部结构水平加速度和水平位移、桩身弯矩包络图进行对比分析，得到了以下几点结论：　　1.在Landers波和Wenchuan波加载时，土层出现了明显的液化现象，但EI-centro波加载时，土层并未发生明显的液化现象。当地震动强度提高时，超孔隙水压力的积累速度明显加快，液化现象会更快发生，超孔压比峰值会随着地震动强度提高而提高。超孔隙水压力时程曲线相对于地震波时程曲线有着明显的滞后现象。　　2.斜桩系统承台和上部结构的加速度放大系数要明显小于直桩系统，承台要小36%~52%，上部结构要小10%~37%。当地震动强度提高时，承台和上部结构的放大系数反而减小。承台对于地震动强度的变化要更为敏感。　　3.从对不同地震工况的直桩系统和斜桩系统的承台和上部结构的位移峰值进行分析发现，斜桩系统的承台和上部结构的水平位移峰值要明显小于直桩系统。承台要小32%~58%，上部结构要小30%~48%。　　4.斜桩系统承台的转动加速度峰值要明显大于直桩系统。这说明了直桩系统的承台能更好地抵抗转动，减小上部结构不均匀沉降。　　5.直桩和斜桩的桩身弯矩包络图分布随着地震动强度的提高而增大。桩身最大弯矩位于接近桩底约2倍桩径处，其次大弯矩在斜桩倾角较小时位于桩顶处，在倾角较大时位于液化深度内，次大弯矩的值大约为最大弯矩的1/2~2/3。　　6.当斜桩倾角增大，承台的水平加速度峰值、桩身弯矩包络图基本呈减小的趋势，在斜桩倾角为15°时，从以上指标上来说，其抗震性能最优。但是，随着斜桩倾角增大，承台的转动加速度峰值也随之增加，使得上部结构更易产生差异沉降，产生不利影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 研究背景

1.1.2 桩基震害现象

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 物理模型试验

1.2.2 数值分析方法

1.2.3 仍需解决的问题

1.3 本文的主要研究内容

1、振动台试验设计

2、对振动台试验数据进行进一步处理

3、对比分析直桩和斜桩地震动力响应以及桩身弯矩

4、通过数值模拟对模型试验进行了验证与进一步分析

第2章 振动台试验设计

2.1 引言

2.2 试验设计

2.2.1 振动台

2.2.2 模型箱

2.2.3 试验土样

2.2.4 模型桩及上部结构

2.2.5 传感器及布置、数采系统

2.2.6 试验方案

2.3 本章小结

第3章 直桩和斜桩地震动力响应分析

3.1 引言

3.2 可液化砂土层超孔压比时程分析

3.2.1 Landers 地震波加载时土层中的超孔压比时程分析

3.2.2 Wenchuan 地震波加载时土层中的超孔压比时程分析

3.2.3 EI-centro 地震波加载时土层的超孔压比时程分析

3.3 高桩承台和上部结构加速度时程分析

3.3.1 Landers 地震波中直桩和斜桩加速度时程对比分析

3.3.2 Wenchuan 地震波中直桩和斜桩的加速度时程对比分析

3.3.3 EI-centro 地震波中直桩和斜桩的加速度时程对比分析

3.4 高桩承台和上部结构位移分析

3.5 高桩承台转动加速度峰值分析

3.5.1 转动加速度的计算

3.5.2 直桩和斜桩转动加速度峰值对比分析

3.6 本章小结

第4章 直桩和斜桩桩身弯矩包络图对比

4.1 引言

4.2 桩身弯矩的计算

4.3 桩身弯矩包络图对比分析

4.3.1 直桩桩身弯矩在不同地震工况中的对比

4.3.2 斜桩桩身弯矩在不同地震工况中的对比

4.3.3 直桩和斜桩桩身弯矩包络图对比

4.4 本章小结

第5章 数值分析

5.1 引言

5.2 数值分析软件介绍

5.2.1PLAXIS 3D软件中 UBC3D-PLM本构模型

5.3 数值分析与模型试验对比

5.3.1 数值模型建立

5.3.2 加速度对比分析

5.3.3 桩身弯矩包络图对比分析

5.4 斜桩倾角对于桩-土-结构系统抗震性能的影响

5.4.1 对于承台水平加速度的影响

5.4.2 对于承台转动加速度的影响

5.4.3 对于桩身弯矩包络图的影响

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献