高烈度地震區(qū)HC管樁土結(jié)構(gòu)相互作用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

高烈度地震區(qū)PHC管樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)論文概要一、課題背景及文獻(xiàn)綜述二、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)介紹三、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果及分析四、試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀邢拊?jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照分析五、結(jié)論一、課題背景研究背景及意義課題提出及研究意義研究?jī)?nèi)容與思路1、研究背景及意義土-樁-結(jié)構(gòu)相互作用（SSPSI）地震荷載作用下，土-樁-結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體振動(dòng)相互影響

帶來不利影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性改變：自振周期延長(zhǎng)、振型改變、阻尼改變結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)改變地基運(yùn)動(dòng)特性改變：接近結(jié)構(gòu)自振頻率的分量放大土-樁-結(jié)構(gòu)相互作用示意圖2、樁基礎(chǔ)在地震中的破壞相對(duì)來說，樁基礎(chǔ)是抗震性能較好的一種基礎(chǔ)形式，是預(yù)防地基失效的重要抗震措施：在非液化地基中，樁基能減少基礎(chǔ)附加沉降、減輕震害；即使在液化地基中，只要樁尖深入持力層，也能減輕震害。樁基礎(chǔ)主要破壞形式：樁與承臺(tái)連接處軟弱土層液化處土層軟硬層交界處3、PHC管樁特點(diǎn)即預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土樁，采用先張法，經(jīng)過離心脫水預(yù)制而成優(yōu)點(diǎn)：樁身強(qiáng)度和承載力高，價(jià)格便宜樁身耐打，穿透能力強(qiáng)沉樁速度快，功效高，工期短缺點(diǎn)由于研究資料少，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定抗震設(shè)防烈度為8度及以上地區(qū)，不宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC）和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁（PS）。我國(guó)又是個(gè)多地震的國(guó)家，有大量的國(guó)土面積位于8度及以上的高烈度區(qū)域，在這些廣大地區(qū)，如果不能使用各方面性能、優(yōu)點(diǎn)都很突出的PHC管樁，將是社會(huì)財(cái)富的一大損失，由此引出本文課題，對(duì)PHC管樁在地震荷載作用下土-樁-結(jié)構(gòu)的相互作用（SSPSI）進(jìn)行一定的研究，并對(duì)其在高烈度地區(qū)的使用效果進(jìn)行一些探索。4、課題提出及研究意義5、研究思路及研究?jī)?nèi)容首先，查閱大量文獻(xiàn)，總結(jié)了關(guān)于土-樁-結(jié)構(gòu)相互作用的理論分析方法及試驗(yàn)方法。其次，設(shè)計(jì)PHC管樁-土-上部結(jié)構(gòu)相互作用體系的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)從實(shí)際情況出發(fā)，盡量充分地考慮了模型與原型的相似模擬。然后，根據(jù)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了相互作用體系的地震反應(yīng)規(guī)律。最后，利用有限元程序ABAQUS對(duì)土-樁-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用體系進(jìn)行了計(jì)算分析，通過與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，驗(yàn)證了有限元計(jì)算模型的合理性和振動(dòng)試驗(yàn)采集結(jié)果的可靠性。二、

試驗(yàn)介紹1、振動(dòng)臺(tái)選擇2、模型土箱設(shè)計(jì)3、模型材料及相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)4、測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)布置5、激勵(lì)地震波選擇

振動(dòng)臺(tái)

試驗(yàn)于2011年10月在同濟(jì)大學(xué)土木防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)試驗(yàn)室進(jìn)行，該振動(dòng)臺(tái)最大承載重量為25T。模型土箱

采用同濟(jì)大學(xué)現(xiàn)有層狀剪切模型箱，其外形尺寸為2100×1700mm×2040mm（長(zhǎng)×寬×高）。1、設(shè)備選擇樁

采用有機(jī)玻璃管制作管樁模型，確定基本長(zhǎng)度相似比

為1:15。承臺(tái)

根據(jù)相似比設(shè)計(jì)三個(gè)試件承臺(tái)，均采用微?；炷粒ü酀{料）澆筑而成，上部結(jié)構(gòu)實(shí)際為多層廠房，根據(jù)力的相似比，簡(jiǎn)化為高度為1500mm的實(shí)心鋼柱。土體

確保各層土容重、含水率、孔隙比等物理指標(biāo)的相似性。2、模型材料及相似關(guān)系試驗(yàn)配采用按加速澡度計(jì)隱、位呢移計(jì)溜測(cè)量偽測(cè)承噴臺(tái)、慢樁體愧以及淋土體制的動(dòng)生力響撥應(yīng)，耗采用疲應(yīng)變蔥片量唐測(cè)樁棄體的昏應(yīng)變礙變化奔，采石用孔利隙水匆壓力嗓計(jì)測(cè)質(zhì)量土鑰體孔戴隙水脾壓力菜，采隸用土近壓力陽計(jì)測(cè)蟻定樁腸土間喬壓力表。3、測(cè)新點(diǎn)布始置4、加飛載機(jī)狂制-地震輩波選債擇1、選用張了EL綿C表en話tr策o波、Ta匙ft波、德以及世人工冬波作匹為激流勵(lì)波掘形，萄采用話單向軋即X向激找勵(lì)2、地震窯波峰絹值調(diào)煩整輸入結(jié)前需討對(duì)上啦述地膨震記肺錄進(jìn)彼行調(diào)崗整。丟包括震地震湖加速承度振貞幅的逐縮放搶和按該相似部關(guān)系途調(diào)整友加速抓度峰障值和賞時(shí)間世間隔蕩。三、選試驗(yàn)浩結(jié)果符分析杜介紹從試綠驗(yàn)現(xiàn)襲象模型千的動(dòng)碧力特乒性加速殲度反外應(yīng)、樁身毅應(yīng)變樁土被接觸返壓力總結(jié)辨歸納斧土-樁-結(jié)構(gòu)梢相互毅作用泉振動(dòng)濟(jì)臺(tái)試簡(jiǎn)驗(yàn)的勿相關(guān)蹦規(guī)律伙。1、試過驗(yàn)現(xiàn)酸象當(dāng)輸班入地導(dǎo)震波亞峰值考較小期時(shí)，焰上部剝結(jié)構(gòu)長(zhǎng)、土覆體的枝振動(dòng)講也小正，隨棚著地忽震波嘆峰值吃的提甚高，悟上部嗚結(jié)構(gòu)匙、土償體的者振動(dòng)搭及體查系的劑相互僚作用昌反應(yīng)廁未必銳增加蛙，但糠樁頭類的幅解值會(huì)險(xiǎn)增加丸，樁抖頭的身時(shí)程坦應(yīng)變秘也會(huì)碧增加廚。在地殊震波顧激勵(lì)塔過程紹中，土體平均野以每書次0.棋5m終m速度況沉降群。單相樁試僑驗(yàn)結(jié)步束后漆，上料部結(jié)荷構(gòu)沿赴振動(dòng)忘方向殃傾斜5度，浪三樁鴿略有屠傾斜清，六嫌樁幾直乎無舒傾斜納。試驗(yàn)她中當(dāng)筋加速存度峰月值加大棗時(shí)，承臺(tái)每擠壓戒土體標(biāo)導(dǎo)致防土體招與承嫌臺(tái)之獅間形稿成一戰(zhàn)條裂愿縫，怒單樁最明黑顯，試驗(yàn)睛結(jié)束鐮后達(dá)巖到2c秤m，三昆樁、帳六樁規(guī)試驗(yàn)釋裂縫皮都很鐘小，躺六樁尿僅有0.廊5c薪m。無論偽是單毫樁、猴三樁議、還佳是六抱樁液賽化試惜驗(yàn)，機(jī)在地幣震中朵發(fā)生襲液化倡時(shí)均序有明素顯的反析水縣現(xiàn)象附，且賣在中泳震（0.訓(xùn)57行3g）時(shí)幼最為送明顯在。試奸驗(yàn)中景均無率因地隆震引糕起液選化所郊產(chǎn)生魂的“雷冒砂魯”現(xiàn)魚象。模型謊自振德特性隨著蔽地震伐波峰葉值的根提高除，體擾系自蠻振頻透率逐緊步減致小，島阻尼疲比逐職步增來大，阻最后求有趨收于穩(wěn)僻定。這是應(yīng)由于寇振動(dòng)堅(jiān)作用干使土箭體逐拔漸變信得疏棚松，棟出現(xiàn)荷軟化旁現(xiàn)象寬，剛另度逐丑步下訴降造陶成的。因此士在地財(cái)震波錢激勵(lì)棋下，漫土體干孔壓械比上折升，注土的維動(dòng)剪肆切強(qiáng)督度下勁降，緣瑞土的賓阻尼芝比增斗加，末土體炒表現(xiàn)保出顯仆著的峽非線富性特匠征。工況1工況5工況9工況13工況17工況21頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%土體7.237.536.938.056.939.446.3311.16.038.726.0314.4樁-土7.237.556.938.026.939.436.3310.86.038.576.0314.7工況22工況26工況30工況34工況38工況42頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%頻率HZ阻尼比%土體5.1211.24.8214.14.8213.54.2212.83.6214.43.6214.1樁-土5.1210.54.8214.14.8213.54.2212.83.6214.53.6214.7加速顯度反藝應(yīng)主要鳴研究在土-樁-結(jié)構(gòu)蔽中各拜測(cè)點(diǎn)加速介度峰百值放梁大系級(jí)數(shù)、劫加速專度時(shí)燭程曲綱線和焦其傅氏譜加速插度放稈大系潮數(shù)地震琴波在剃向上歲傳播隔過程地中，妹有被窗放大村（或頭縮小憶）的碌趨勢(shì)痛，加悠速度岔峰值膨放大液系數(shù)敬定義君為垂建直方絕向上附各測(cè)朝點(diǎn)反傻應(yīng)的熟加速截度峰杠值與神地震猜臺(tái)輸倍入地線震波不加速藏度峰眠值的它比值愈。加速庫度時(shí)這程曲成線和薯其傅氏譜加速掠度時(shí)區(qū)程及珍加速燙度時(shí)秘程曲淋線，光傅氏撫譜及歡傅立鞏葉頻絲式譜，斥即某觀段波盼形中犧各種教頻率弱出現(xiàn)俘的概楚率比2、加病速度題放大灘系數(shù)（1）中、娛大震磨（0.緞57接3g、1.芳12禁3g）下守的加速今度放大還系數(shù)邊明顯全小于殃小震末（0.蔥27順9g）下捧的放怨大系捐數(shù)。騰究其沾原因筆是隨屈著輸秒入振暢動(dòng)強(qiáng)信度的塌增加童，土窗體非抓線性悼增強(qiáng)節(jié)，土夠體傳泉遞振音動(dòng)的壟能力怠減弱掠。（2）土歪體傳夜遞振戚動(dòng)的也放大堂還是細(xì)減震好作用瘦于土涼體性墳質(zhì)、練激勵(lì)餅波類粱型、芒激勵(lì)朋強(qiáng)度垮等因逢素有萌關(guān)。在本試蠶驗(yàn)，各層箱土體稼一般筑都起起減籠震作梁用。（3）隨子著測(cè)背點(diǎn)與沙模型楚想底進(jìn)部距笑離越大，土博體的擱加速醫(yī)度峰離值會(huì)清逐漸魄減小符，到?jīng)_達(dá)土哨體表來面時(shí)遲會(huì)急除劇放音大，山土體粒的加稱速度需反應(yīng)吳在高利度上榆呈“K”字準(zhǔn)形分竟布。加速灣度放紹大系將數(shù)圖加速皆度頻吼譜分機(jī)析地震資波從國(guó)臺(tái)面搞經(jīng)由顫樁-土體運(yùn)系傳敬到土納體并寧向上翼部結(jié)悟構(gòu)傳粥遞過懸程中制，頻訊譜特美性發(fā)康生了柜很大水變化賊，在轉(zhuǎn)地震臉波激爹勵(lì)下餃靠近哲土體喇的輸陣入頻威率被汗放大，其他努頻率寒范圍會(huì)減弱皂。3、樁析身應(yīng)融變幅冶值單樁與三閃樁試百驗(yàn)中應(yīng)變園幅值歸樁頂船端出右最大囑，沿粘著樁袖身往香下逐消漸衰堪減，隨在大絨震是啊粉土屬與沙貼土層奪樁身途應(yīng)變?nèi)睍?huì)有蓋局部巴放大伙突變唱。六樁階試驗(yàn)擔(dān)中樁魔的應(yīng)遼變幅爆值最乎大處派出現(xiàn)豎在離戲樁頂籃約10倍樁負(fù)徑處皺。隨著步輸入容地震寶波激貧勵(lì)強(qiáng)孫度增瘋加，禮樁身盡的應(yīng)店變反堅(jiān)應(yīng)增允大。六樁塵振動(dòng)津方向懷布樁旬較密柄，六給樁試警驗(yàn)時(shí)錘樁的墳應(yīng)變滾基本苦呈線葬性發(fā)享展，從這在絨六樁拍液化器試驗(yàn)夜中尤啦其明襯顯。樁身血應(yīng)變柴幅值舒圖單樁門試驗(yàn)務(wù)應(yīng)變跪幅值伐圖六樁潮試驗(yàn)鬼應(yīng)變墾幅值虜圖4、樁兄土接資觸壓易力（1）無論說是單作樁、元三樁痰還是話六樁辟，隨顫著加抄速度隔峰值恨的增剩加，貌樁土污接觸納壓力諒隨振發(fā)動(dòng)強(qiáng)頸度的殘?jiān)龃蠡蚨龇未?。?）非蘿液化奪情況蜂下，腿樁土屑接觸慘壓力靈呈現(xiàn)她出上攔部大獨(dú)，下曉部小筐的趨李勢(shì)，憶其中躬單樁要試驗(yàn)礙表現(xiàn)謙最為晉明顯歸，這傻是因怒為在址地震冠波作溜用激霞勵(lì)下謊，樁啦的上晚部與森土?xí)瀹a(chǎn)生福一定楊脫離濤，而偷下部惡接觸分良好愧，三賊樁與繩六樁蓮試驗(yàn)僚與單粥樁試丹驗(yàn)規(guī)薄律基圓本一踢致，膨但由燈于群耗樁效壞應(yīng)，恥樁與檔土的糠脫離辮基本列很小需了。（3）液?jiǎn)⒒嚜q驗(yàn)時(shí)浴，樁而體上舍部的翻砂土魚層發(fā)柱生液壘化，惕樁土戀接觸休壓力溪急劇撕下降偉，樁身體中誤部、遭下部四的粉枕土、撿粘土殿層樁職土界枯面壓痰力明緒顯增揮大，萬輸入習(xí)的振圈動(dòng)強(qiáng)澡度越待大，不這種勉現(xiàn)象是越明刷顯。樁土著接觸糕壓力黎圖單樁趙液化毅試驗(yàn)箏樁土乒壓力砌圖單樁塘常規(guī)沫試驗(yàn)螞樁土疲壓力徑圖四、慌試驗(yàn)導(dǎo)理論泊計(jì)算基分析計(jì)算箱模擬其的意封義根據(jù)帶土-樁-結(jié)構(gòu)宋相互釋作用欲振動(dòng)裝臺(tái)試撈驗(yàn)取蔑得的朽實(shí)驗(yàn)艦數(shù)據(jù)后，對(duì)敢振動(dòng)稅臺(tái)試辱驗(yàn)試俊驗(yàn)過占程進(jìn)益行實(shí)嫂體模丘型計(jì)金算，棒實(shí)體魯模型災(zāi)計(jì)算賴可以燙驗(yàn)證癢理論攪分析奧方法膛和計(jì)型算模和型的轟可靠令性，姨并由虹此確腐定模孤型的適參數(shù)寄取值閥。而劣且通斃過實(shí)恐體模器型計(jì)稈算還舞可以鼠獲得滋振動(dòng)殃臺(tái)試戚驗(yàn)中旁無法撤采集績(jī)的相竊關(guān)數(shù)繩據(jù)，慨從而把能更陜深層會(huì)次研覆究地為震荷婆載下蔬土-樁-結(jié)構(gòu)兇動(dòng)力黑相互右作用微的規(guī)笑律。尚因此士振動(dòng)黎臺(tái)?？沸驮囨I驗(yàn)和拔實(shí)體豈模型仿計(jì)算聽可以仆互相府驗(yàn)證涌，互跡相補(bǔ)饑充。計(jì)算完程序選用AB喊AQ明US有限漂元計(jì)瘋算程效序加速個(gè)度時(shí)膀程對(duì)帳比計(jì)算府模擬歌與試級(jí)驗(yàn)實(shí)割測(cè)加級(jí)速度駝時(shí)程幸曲線襲比較替吻合刊，測(cè)溉點(diǎn)隨季時(shí)間鍵的變香化趨盡勢(shì)基秩本保象持一悲致。