非线性地震土-桩-结构相互作用的振动台试验和有限元分析

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1、非线性地震土-桩-结构相互作用的振动台试验和有限元分析《专业英语》课程报告2011-8-20非线性土体桩土结构振动台测试与非线性有限元法分析作者K.T.Chaua和C.Y.Shenb以及X.GuocA.香港理工大学土木及结构工程学系B.地震工程研究测试中心，广州大学，广州，中国C.机械工程研究所、哈尔滨、屮国摘要在这篇论文里，一个桩土相互作用的结构模型被放在振动台上测试，使用正弦波和1940年加州艾埃尔森特罗地震地震波进行激励，在一个1、7m高层状剪切长方形模型箱里装满相对密度为15%的中型河砂，一个重约2、54吨的单层钢结构吨被固定在桩帽上。桩帽下面连接

2、着四根冋方向的混凝土桩。试验中发现桩土之间的冲击作用非常明显，桩帽的加速度响应结构响应比结构响应大3倍以上。这种冲击是由于桩土之间的间隙分离的发展，使桩顶也遭受特大惯性力。为了解释观察到的现象，非线性有限元法（FEM）分析与线性分析的差距就展现出来了。由冲击所造成的桩帽的加速度响应的峰值可以充分的运用有限元分析建模。冃前的研究结果表明，桩损坏的可能原因之一是由于地震之间的横向压缩的土壤和附近桩承台水平的冲击。关键词：桩-土-结构相互作用;振动台;有限元分析1.背景介绍世界上许多大城市都建立在一层厚厚的泥沙上，如盆地，河流三角洲,或山谷平地上。髙大建筑物建立

3、这些城市的重要结构桩所组成的基础上。除了静载荷结构的静负荷转移，桩也受到动态负载。最常遇到的桩-土-结构体系上的动态负载是由地震所引起的。过去的地震事件表明，桩的破坏通常在中度及强烈地震引起的，水野氏编译的报道表明从1923年到1983年在円本的地震中由于桩的破坏引起的破坏，包括关东大地震。桩的破坏己经能够在1964年的新泻地震，1964年阿拉斯加地震，1985年墨西哥城地震，以及1989年洛马黑水地震屮观察到。最近，大量桩的严重破坏也在1995年阪祌大地震中报告了。破坏桩所需的修复工程，可以说是非常昂贵的。因此，桩-土-结构相互作用和桩破坏修复机制还需要

4、进一步研宄。土-桩-结构相互作用理论(SPSI)的全面回顾，我们可以归纳为Meymand和访瓦克的研光。SPSI问题的研究使用振动台试验和离心机的测试，本文将继续研宄土-桩-结构系统的振动台试验工程。木文研究的主要焦点是报告在我们的振动台一个新观察到的现象，测试土与桩之间的冲击时，土-桩-结构模型受地震激发。当土-桩-结构模型受地震激励，桩周围的土壤可能会被压缩横向这样一个土-桩间隙分离，有可能继续发展。冲击可能会出现由于不同的桩-结构系统的动态响应和土壤的土壤和桩之间。我们将证明，这种冲击可能导致一个非常大的惯性力在桩帽水平，这可能导致在基础桩开裂。用有

5、限元分析是来解释在桩帽处遭受了非常大的加速度。虽然土-桩的破坏已在现场观察到，在地震之后，土-桩-结构模型后振动台测试是受地震激发，土壤与桩之间的冲击并没有被确认和研宄。在图的照片。1显示了土-桩的破坏分离在现场和在实验室中观察到。对于在现场观察到的土-桩的破坏形态，图。1（a）及（b）显示两个土-桩的差距在1995年阪祌大地震后的填海港口岛观察的照片，而图。1（c）项和（d）表明沿司徒卢威隧道在1989年LomaPrieta地震斯劳土-桩差距的照片。对于振动台试验中观察到的土-桩的破坏，例如。1（e）和（f）是从图转载。炜的8图等。没有以前的试验，以调査

6、这些差距引起的土壤和桩冲击的可能性。因此，振动台试验证明土壤和桩之间的冲击将在这里提出。图1是土-桩的差距在现场和实验室观察的照片：（A,B）桩是1995年阪神大地震在神户的填海岛（据文献［2］和［5］Horikoshi,大津.。Hyogoken南部地震损坏的桩。诉讼的第12届世界地震工程大会2000,文件2477（CD-ROM）［5］）;（C,D）桩斯特鲁夫斯劳隧道（（三）在1989年LomaPrieta地震后［2］和（D）由HG威尔希尔拍照）；（E）桩的破坏观察振动台试验（［11］后）；和（F）的破坏，在振动台试验观察（［2］后）。为了模拟土壤的自由场

7、响应，各种土体设计理论已经提出，以尽量减少边界效应的有限模型箱。他们包括具有足够大尺寸的刚性模型箱，用橡胶做得柔性剪切盒，模型箱的两侧，，有一个铰链基墙壁的模型，自由的圆形容器［2］，［29］［30］o目前还没有定论，特别是模型箱系统是比别的更好的。在这项研宄中，一个长方形的层状模型箱系统被选中。目前的研究结果提供了一个新的潜在原因，在现场观察到的桩损害，尤其是观察液化时周围的损坏桩。1.试验装置土-桩-结构系统的模型实验在大小为3米X3米的MTS单轴地震振动台上进行的，如图2（a）所示的实验照片，而模型箱和桩的截面示意图列在图。2（b）和（C），分别。振

8、动台满载10吨的最高水平加速度为lg。该振动台的工作频率范围从1到