高烈度地震区HC管桩土结构相互作用振动台试验

高烈度地震区PHC管桩-土-结构相互作用振动台试验论文概要一、课题背景及文献综述二、振动台试验介绍三、振动台试验结果及分析四、试验模型有限元计算与试验结果对照分析五、结论一、课题背景研究背景及意义课题提出及研究意义研究内容与思路1、研究背景及意义土-桩-结构相互作用（SSPSI）地震荷载作用下，土-桩-结构作为一个整体振动相互影响

带来不利影响结构动力特性改变：自振周期延长、振型改变、阻尼改变结构的地震反应改变地基运动特性改变：接近结构自振频率的分量放大土-桩-结构相互作用示意图2、桩基础在地震中的破坏相对来说，桩基础是抗震性能较好的一种基础形式，是预防地基失效的重要抗震措施：在非液化地基中，桩基能减少基础附加沉降、减轻震害；即使在液化地基中，只要桩尖深入持力层，也能减轻震害。桩基础主要破坏形式：桩与承台连接处软弱土层液化处土层软硬层交界处3、PHC管桩特点即预应力高强混凝土桩，采用先张法，经过离心脱水预制而成优点：桩身强度和承载力高，价格便宜桩身耐打，穿透能力强沉桩速度快，功效高，工期短缺点由于研究资料少，《建筑桩基技术规范》规定抗震设防烈度为8度及以上地区，不宜采用预应力混凝土管桩（PC）和预应力混凝土空心方桩（PS）。我国又是个多地震的国家，有大量的国土面积位于8度及以上的高烈度区域，在这些广大地区，如果不能使用各方面性能、优点都很突出的PHC管桩，将是社会财富的一大损失，由此引出本文课题，对PHC管桩在地震荷载作用下土-桩-结构的相互作用（SSPSI）进行一定的研究，并对其在高烈度地区的使用效果进行一些探索。4、课题提出及研究意义5、研究思路及研究内容首先，查阅大量文献，总结了关于土-桩-结构相互作用的理论分析方法及试验方法。其次，设计PHC管桩-土-上部结构相互作用体系的振动台试验。试验从实际情况出发，尽量充分地考虑了模型与原型的相似模拟。然后，根据振动台模型试验采集的数据，详细分析了相互作用体系的地震反应规律。最后，利用有限元程序ABAQUS对土-桩-结构动力相互作用体系进行了计算分析，通过与振动台试验结构对比分析，验证了有限元计算模型的合理性和振动试验采集结果的可靠性。二、

试验介绍1、振动台选择2、模型土箱设计3、模型材料及相关参数设计4、测点设计布置5、激励地震波选择

振动台

试验于2011年10月在同济大学土木防灾国家重点实验室振动试验室进行，该振动台最大承载重量为25T。模型土箱

采用同济大学现有层状剪切模型箱，其外形尺寸为2100×1700mm×2040mm（长×宽×高）。1、设备选择桩

采用有机玻璃管制作管桩模型，确定基本长度相似比

为1:15。承台

根据相似比设计三个试件承台，均采用微粒混凝土（灌浆料）浇筑而成，上部结构实际为多层厂房，根据力的相似比，简化为高度为1500mm的实心钢柱。土体

确保各层土容重、含水率、孔隙比等物理指标的相似性。2、模型材料及相似关系试验配采用按加速澡度计隐、位呢移计溜测量伪测承喷台、慢桩体愧以及淋土体制的动生力响拨应，耗采用疲应变葱片量唐测桩弃体的昏应变碍变化奔，采石用孔利隙水匆压力嗓计测质量土钥体孔戴隙水脾压力菜，采隶用土近压力阳计测蚁定桩肠土间乔压力表。3、测新点布始置4、加飞载机狂制-地震辈波选债择1、选用张了EL绵C表en话tr策o波、Ta匙ft波、德以及世人工冬波作匹为激流励波掘形，萄采用话单向轧即X向激找励2、地震窑波峰绢值调烦整输入结前需讨对上啦述地膨震记肺录进彼行调岗整。丢包括震地震湖加速承度振贞幅的逐缩放抢和按该相似部关系途调整友加速抓度峰障值和赏时间世间隔荡。三、选试验浩结果符分析杜介绍从试绿验现袭象模型千的动碧力特乒性加速歼度反外应、桩身毅应变桩土被接触返压力总结辨归纳斧土-桩-结构梢相互毅作用泉振动济台试简验的勿相关蹦规律伙。1、试过验现酸象当输班入地导震波亚峰值考较小期时，焰上部剥结构长、土覆体的枝振动讲也小正，随棚着地忽震波叹峰值吃的提甚高，悟上部呜结构匙、土偿体的者振动搭及体查系的剂相互僚作用昌反应厕未必锐增加蛙，但糠桩头类的幅解值会险增加丸，桩抖头的身时程坦应变秘也会碧增加厨。在地殊震波顾激励塔过程绍中，土体平均野以每书次0.棋5m终m速度况沉降群。单相桩试侨验结步束后漆，上料部结荷构沿赴振动忘方向殃倾斜5度，浪三桩鸽略有屠倾斜清，六嫌桩几直乎无舒倾斜纳。试验她中当筋加速存度峰月值加大枣时，承台每挤压戒土体标导致防土体招与承嫌台之狮间形稿成一战条裂愿缝，怒单桩最明黑显，试验睛结束镰后达岩到2c秤m，三昆桩、帐六桩规试验释裂缝皮都很钟小，躺六桩尿仅有0.廊5c薪m。无论伪是单毫桩、猴三桩议、还佳是六抱桩液赛化试惜验，机在地币震中朵发生袭液化倡时均序有明素显的反析水县现象附，且卖在中泳震（0.训57行3g）时幼最为送明显在。试奸验中景均无率因地隆震引糕起液选化所郊产生魂的“雷冒砂鲁”现鱼象。模型谎自振德特性随着蔽地震伐波峰叶值的根提高除，体扰系自蛮振频透率逐紧步减致小，岛阻尼疲比逐职步增来大，阻最后求有趋收于稳僻定。这是应由于寇振动坚作用干使土箭体逐拔渐变信得疏棚松，栋出现荷软化旁现象宽，刚另度逐丑步下诉降造陶成的。因此士在地财震波钱激励棋下，漫土体干孔压械比上折升，注土的维动剪肆切强督度下劲降，缘瑞土的宾阻尼芝比增斗加，末土体炒表现保出显仆著的峡非线富性特匠征。工况1工况5工况9工况13工况17工况21频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%土体7.237.536.938.056.939.446.3311.16.038.726.0314.4桩-土7.237.556.938.026.939.436.3310.86.038.576.0314.7工况22工况26工况30工况34工况38工况42频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%频率HZ阻尼比%土体5.1211.24.8214.14.8213.54.2212.83.6214.43.6214.1桩-土5.1210.54.8214.14.8213.54.2212.83.6214.53.6214.7加速显度反艺应主要鸣研究在土-桩-结构蔽中各拜测点加速介度峰百值放梁大系级数、劫加速专度时烛程曲纲线和焦其傅氏谱加速插度放秆大系潮数地震琴波在剃向上岁传播隔过程地中，妹有被窗放大村（或头缩小忆）的碌趋势痛，加悠速度岔峰值膨放大液系数敬定义君为垂建直方绝向上附各测朝点反傻应的熟加速截度峰杠值与神地震猜台输倍入地线震波不加速藏度峰眠值的它比值愈。加速库度时这程曲成线和薯其傅氏谱加速掠度时区程及珍加速烫度时秘程曲淋线，光傅氏抚谱及欢傅立巩叶频丝式谱，斥即某观段波盼形中牺各种教频率弱出现俘的概楚率比2、加病速度题放大滩系数（1）中、娱大震磨（0.缎57接3g、1.芳12禁3g）下守的加速今度放大还系数边明显全小于殃小震末（0.葱27顺9g）下捧的放怨大系捐数。腾究其沾原因笔是随屈着输秒入振畅动强信度的塌增加童，土窗体非抓线性悼增强节，土够体传泉递振音动的垄能力怠减弱掠。（2）土歪体传夜递振戚动的也放大堂还是细减震好作用瘦于土凉体性坟质、练激励饼波类粱型、芒激励朋强度垮等因逢素有萌关。在本试蚕验，各层箱土体稼一般筑都起起减笼震作梁用。（3）随子着测背点与沙模型楚想底进部距笑离越大，土博体的搁加速医度峰离值会清逐渐魄减小符，到冲达土哨体表来面时迟会急除剧放音大，山土体粒的加称速度需反应吴在高利度上榆呈“K”字准形分竟布。加速湾度放绍大系将数图加速皆度频吼谱分机析地震资波从国台面搞经由颤桩-土体运系传敬到土纳体并宁向上翼部结悟构传粥递过悬程中制，频讯谱特美性发康生了柜很大水变化贼，在转地震脸波激爹励下饺靠近哲土体喇的输阵入频威率被汗放大，其他努频率寒范围会减弱皂。3、桩析身应融变幅冶值单桩与三闪桩试百验中应变园幅值归桩顶船端出右最大嘱，沿粘着桩袖身往香下逐消渐衰堪减，随在大绒震是啊粉土属与沙贴土层夺桩身途应变缺会有盖局部巴放大伙突变唱。六桩阶试验担中桩魔的应辽变幅爆值最乎大处派出现竖在离戏桩顶篮约10倍桩负径处皱。随着步输入容地震宝波激贫励强孙度增疯加，礼桩身尽的应店变反坚应增允大。六桩尘振动津方向怀布桩旬较密柄，六给桩试警验时锤桩的坟应变滚基本苦呈线葬性发享展，从这在绒六桩拍液化器试验夜中尤啦其明衬显。桩身血应变柴幅值舒图单桩门试验务应变跪幅值伐图六桩潮试验鬼应变垦幅值虏图4、桩兄土接资触压易力（1）无论说是单作桩、元三桩痰还是话六桩辟，随颤着加抄速度隔峰值恨的增剩加，貌桩土污接触纳压力谅随振发动强颈度的残增大或而增肺大。（2）非萝液化夺情况蜂下，腿桩土屑接触惨压力灵呈现她出上拦部大独，下晓部小筐的趋李势，忆其中躬单桩要试验碍表现谦最为晋明显归，这傻是因怒为在址地震冠波作溜用激霞励下谎，桩啦的上晚部与森土会佩产生福一定杨脱离涛，而偷下部恶接触分良好愧，三贼桩与绳六桩莲试验僚与单粥桩试丹验规薄律基圆本一踢致，膨但由灯于群耗桩效坏应，耻桩与档土的糠脱离辫基本列很小需了。（3）液启化试犹验时浴，桩而体上舍部的翻砂土鱼层发柱生液垒化，惕桩土恋接触休压力溪急剧撕下降伟，桩身体中误部、遭下部四的粉枕土、捡粘土殿层桩职土界枯面压痰力明绪显增挥大，万输入习的振圈动强澡度越待大，不这种勉现象是越明刷显。桩土著接触糕压力黎图单桩赵液化毅试验筝桩土乒压力砌图单桩塘常规沫试验蚂桩土疲压力径图四、慌试验导理论泊计算基分析计算箱模拟其的意封义根据带土-桩-结构宋相互释作用欲振动装台试捞验取蔑得的朽实验舰数据后，对敢振动税台试辱验试俊验过占程进益行实嫂体模丘型计金算，棒实体鲁模型灾计算赖可以烫验证痒理论搅分析奥方法膛和计型算模和型的轰可靠令性，姨并由虹此确腐定模孤型的适参数寄取值阀。而劣且通毙过实恐体模器型计秆算还舞可以鼠获得滋振动殃台试戚验中旁无法撤采集绩的相窃关数绳据，慨从而把能更陕深层会次研覆究地为震荷婆载下蔬土-桩-结构凶动力黑相互右作用微的规笑律。尚因此士振动黎台模糠型试键验和拔实体岂模型仿计算听可以仆互相府验证涌，互迹相补饥充。计算完程序选用AB喊AQ明US有限漂元计疯算程效序加速个度时膀程对帐比计算府模拟歌与试级验实割测加级速度驼时程幸曲线袭比较替吻合刊，测溉点随季时间键的变香化趋尽势基秩本保象持一悲致。