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(lái)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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)臺(tái)試驗(yàn)于于2011年10月在同同濟(jì)大大學(xué)土土木防防災(zāi)國(guó)國(guó)家重重點(diǎn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室室振動(dòng)動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)室進(jìn)進(jìn)行，，該振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)最大承承載重重量為為25T。模型土土箱采用同濟(jì)大大學(xué)現(xiàn)現(xiàn)有層狀剪剪切模型箱箱，其其外形形尺寸寸為2100××1700mm×2040mm（長(zhǎng)×寬×高）。。1、設(shè)備備選擇擇樁采用有有機(jī)玻玻璃管管制作作管樁樁模型型，確定基基本長(zhǎng)長(zhǎng)度相相似比比為1:15。承臺(tái)根據(jù)相相似比比設(shè)計(jì)三個(gè)試試件承臺(tái)，均采采用微微?；旎炷镣粒ü喙酀{料料）澆澆筑而而成，，上部結(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)際為為多層層廠(chǎng)房房，根根據(jù)力力的相相似比比，簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為為高度為為1500mm的實(shí)心心鋼柱柱。土體確保各各層土土容重重、含含水率率、孔孔隙比比等物物理指指標(biāo)的的相似似性。。2、模型型材料料及相相似關(guān)關(guān)系試驗(yàn)采采用加加速度度計(jì)、、位移移計(jì)測(cè)測(cè)量測(cè)測(cè)承臺(tái)臺(tái)、樁樁體以以及土土體的的動(dòng)力力響應(yīng)應(yīng)，采采用應(yīng)應(yīng)變片片量測(cè)測(cè)樁體體的應(yīng)應(yīng)變變變化，，采用用孔隙隙水壓壓力計(jì)計(jì)測(cè)量量土體體孔隙隙水壓壓力，，采用用土壓壓力計(jì)計(jì)測(cè)定定樁土土間壓壓力。。3、測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置置4、加載載機(jī)制制-地震波波選擇擇1、選用了了ELCentro波、Taft波、以以及人人工波波作為為激勵(lì)勵(lì)波形形，采采用單單向即即X向激勵(lì)勵(lì)2、地震波波峰值值調(diào)整整輸入前前需對(duì)對(duì)上述述地震震記錄錄進(jìn)行行調(diào)整整。包包括地地震加加速度度振幅幅的縮縮放和和按相相似關(guān)關(guān)系調(diào)調(diào)整加加速度度峰值值和時(shí)時(shí)間間間隔。。三、試試驗(yàn)結(jié)結(jié)果分分析介介紹從試試驗(yàn)驗(yàn)現(xiàn)現(xiàn)象象模型型的的動(dòng)動(dòng)力力特特性性加速速度度反反應(yīng)應(yīng)、、樁身身應(yīng)應(yīng)變變樁土土接接觸觸壓壓力力總結(jié)結(jié)歸歸納納土土-樁-結(jié)構(gòu)構(gòu)相相互互作作用用振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)試試驗(yàn)驗(yàn)的的相相關(guān)關(guān)規(guī)規(guī)律律。。1、試試驗(yàn)驗(yàn)現(xiàn)現(xiàn)象象當(dāng)輸輸入入地地震震波波峰峰值值較較小小時(shí)時(shí)，，上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、土土體體的的振振動(dòng)動(dòng)也也小小，，隨隨著著地地震震波波峰峰值值的的提提高高，，上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、土土體體的的振振動(dòng)動(dòng)及及體體系系的的相相互互作作用用反反應(yīng)應(yīng)未未必必增增加加，，但但樁樁頭頭的的幅幅值值會(huì)會(huì)增增加加，，樁樁頭頭的的時(shí)時(shí)程程應(yīng)應(yīng)變變也也會(huì)會(huì)增增加加。。在地地震震波波激激勵(lì)勵(lì)過(guò)過(guò)程程中中，，土體體平均均以以每每次次0.5mm速度度沉沉降降。。單單樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)結(jié)束束后后，，上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)沿沿振振動(dòng)動(dòng)方方向向傾傾斜斜5度，，三三樁樁略略有有傾傾斜斜，，六六樁樁幾幾乎乎無(wú)無(wú)傾傾斜斜。。試驗(yàn)驗(yàn)中中當(dāng)當(dāng)加加速速度度峰峰值值加大大時(shí)時(shí)，，承臺(tái)臺(tái)擠擠壓壓土土體體導(dǎo)導(dǎo)致致土土體體與與承承臺(tái)臺(tái)之之間間形形成成一一條條裂裂縫縫，，單單樁樁最明明顯顯，，試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)結(jié)束束后后達(dá)達(dá)到到2cm，三三樁樁、、六六樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)裂裂縫縫都都很很小小，，六六樁樁僅僅有有0.5cm。無(wú)論論是是單單樁樁、、三三樁樁、、還還是是六六樁樁液液化化試試驗(yàn)驗(yàn)，，在在地地震震中中發(fā)發(fā)生生液液化化時(shí)時(shí)均均有有明明顯顯的的析析水水現(xiàn)現(xiàn)象象，，且且在在中中震震（（0.573g）時(shí)時(shí)最最為為明明顯顯。。試試驗(yàn)驗(yàn)中中均均無(wú)無(wú)因因地地震震引引起起液液化化所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的““冒冒砂砂””現(xiàn)現(xiàn)象象。。模型型自自振振特特性性隨著著地地震震波波峰峰值值的的提提高高，，體體系系自自振振頻頻率率逐逐步步減減小小，，阻阻尼尼比比逐逐步步增增大大，，最最后后有有趨趨于于穩(wěn)穩(wěn)定定。這是是由由于于振振動(dòng)動(dòng)作作用用使使土土體體逐逐漸漸變變得得疏疏松松，，出出現(xiàn)現(xiàn)軟軟化化現(xiàn)現(xiàn)象象，，剛剛度度逐逐步步下下降降造造成成的的。因此此在在地地震震波波激激勵(lì)勵(lì)下下，，土土體體孔孔壓壓比比上上升升，，土土的的動(dòng)動(dòng)剪剪切切強(qiáng)強(qiáng)度度下下降降，，土土的的阻阻尼尼比比增增加加，，土土體體表表現(xiàn)現(xiàn)出出顯顯著著的的非非線(xiàn)線(xiàn)性性特特征征。。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加速速度度反反應(yīng)應(yīng)主要要研研究究在土土-樁-結(jié)構(gòu)構(gòu)中中各各測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)加速速度度峰峰值值放放大大系系數(shù)數(shù)、、加加速速度度時(shí)時(shí)程程曲曲線(xiàn)線(xiàn)和和其其傅氏氏譜加速速度度放放大大系系數(shù)數(shù)地震震波波在在向向上上傳傳播播過(guò)過(guò)程程中中，，有有被被放放大大（（或或縮縮小?。┑牡内呞厔?shì)勢(shì)，，加加速速度度峰峰值值放放大大系系數(shù)數(shù)定定義義為為垂垂直直方方向向上上各各測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)反反應(yīng)應(yīng)的的加加速速度度峰峰值值與與地地震震臺(tái)臺(tái)輸輸入入地地震震波波加加速速度度峰峰值值的的比比值值。。加速速度度時(shí)時(shí)程程曲曲線(xiàn)線(xiàn)和和其其傅氏氏譜加速速度度時(shí)時(shí)程程及及加加速速度度時(shí)時(shí)程程曲曲線(xiàn)線(xiàn)，，傅傅氏氏譜譜及及傅傅立立葉葉頻頻譜譜，，即即某某段段波波形形中中各各種種頻頻率率出出現(xiàn)現(xiàn)的的概概率率比比2、加加速速度度放放大大系系數(shù)數(shù)（1）中、、大大震震（（0.573g、1.123g）下下的的加速速度度放大大系系數(shù)數(shù)明明顯顯小小于于小小震震（（0.279g）下下的的放放大大系系數(shù)數(shù)。。究究其其原原因因是是隨隨著著輸輸入入振振動(dòng)動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度度的的增增加加，，土土體體非非線(xiàn)線(xiàn)性性增增強(qiáng)強(qiáng)，，土土體體傳傳遞遞振振動(dòng)動(dòng)的的能能力力減減弱弱。。（2）土土體體傳傳遞遞振振動(dòng)動(dòng)的的放放大大還還是是減減震震作作用用于于土土體體性性質(zhì)質(zhì)、、激激勵(lì)勵(lì)波波類(lèi)類(lèi)型型、、激激勵(lì)勵(lì)強(qiáng)強(qiáng)度度等等因因素素有有關(guān)關(guān)。。在本試試驗(yàn)驗(yàn)，，各層層土土體體一一般般都都起起起減減震震作作用用。。（3）隨隨著著測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)與與模模型型想想底底部部距距離離越大大，土土體體的的加加速速度度峰峰值值會(huì)會(huì)逐逐漸漸減減小小，，到到達(dá)達(dá)土土體體表表面面時(shí)時(shí)會(huì)會(huì)急急劇劇放放大大，，土土體體的的加加速速度度反反應(yīng)應(yīng)在在高高度度上上呈呈““K”字字形形分分布布。。加速速度度放放大大系系數(shù)數(shù)圖圖加速速度度頻頻譜譜分分析析地震震波波從從臺(tái)臺(tái)面面經(jīng)經(jīng)由由樁樁-土體體系系傳傳到到土土體體并并向向上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)傳傳遞遞過(guò)過(guò)程程中中，，頻頻譜譜特特性性發(fā)發(fā)生生了了很很大大變變化化，，在在地地震震波波激激勵(lì)勵(lì)下下靠靠近近土土體體的的輸輸入入頻頻率率被被放放大大，其他他頻頻率率范范圍圍會(huì)減弱弱。。3、樁樁身身應(yīng)應(yīng)變變幅幅值值單樁與三三樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)中中應(yīng)變變幅幅值值樁樁頂頂端端出出最最大大，，沿沿著著樁樁身身往往下下逐逐漸漸衰衰減減，，在在大大震震是是粉粉土土與與沙沙土土層層樁樁身身應(yīng)應(yīng)變變會(huì)會(huì)有有局局部部放放大大突突變變。。六樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)中中樁樁的的應(yīng)應(yīng)變變幅幅值值最最大大處處出出現(xiàn)現(xiàn)在在離離樁樁頂頂約約10倍樁樁徑徑處處。。隨著著輸輸入入地地震震波波激激勵(lì)勵(lì)強(qiáng)強(qiáng)度度增增加加，，樁樁身身的的應(yīng)應(yīng)變變反反應(yīng)應(yīng)增增大大。。六樁樁振振動(dòng)動(dòng)方方向向布布樁樁較較密密，，六六樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)時(shí)樁樁的的應(yīng)應(yīng)變變基基本本呈呈線(xiàn)線(xiàn)性性發(fā)發(fā)展展，，這這在在六六樁樁液液化化試試驗(yàn)驗(yàn)中中尤尤其其明明顯顯。。樁身身應(yīng)應(yīng)變變幅幅值值圖圖單樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)應(yīng)應(yīng)變變幅幅值值圖圖六樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)應(yīng)應(yīng)變變幅幅值值圖圖4、樁樁土土接接觸觸壓壓力力（1）無(wú)論論是是單單樁樁、、三三樁樁還還是是六六樁樁，，隨隨著著加加速速度度峰峰值值的的增增加加，，樁樁土土接接觸觸壓壓力力隨隨振振動(dòng)動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度度的的增增大大而而增增大大。。（2）非非液液化化情情況況下下，，樁樁土土接接觸觸壓壓力力呈呈現(xiàn)現(xiàn)出出上上部部大大，，下下部部小小的的趨趨勢(shì)勢(shì)，，其其中中單單樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)表表現(xiàn)現(xiàn)最最為為明明顯顯，，這這是是因因?yàn)闉樵谠诘氐卣鹫鸩úㄗ髯饔糜眉ぜ?lì)勵(lì)下下，，樁樁的的上上部部與與土土?xí)?huì)產(chǎn)產(chǎn)生生一一定定脫脫離離，，而而下下部部接接觸觸良良好好，，三三樁樁與與六六樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)與與單單樁樁試試驗(yàn)驗(yàn)規(guī)規(guī)律律基基本本一一致致，，但但由由于于群群樁樁效效應(yīng)應(yīng)，，樁樁與與土土的的脫脫離離基基本本很很小小了了。。（3）液液化化試試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)時(shí)，，樁樁體體上上部部的的砂砂土土層層發(fā)發(fā)生生液液化化，，樁樁土土接接觸觸壓壓力力急急劇劇下下降降，，樁樁體體中中部部、、下下部部的的粉粉土土、、粘粘土土層層樁樁土土界界面面壓壓力力明明顯顯增增大大，，輸輸入入的的振振動(dòng)動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度度越越大大，，這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象越越明明顯顯。。樁土土接接觸觸壓壓力力圖圖單樁樁液液化化試試驗(yàn)驗(yàn)樁樁土土壓壓力力圖圖單樁樁常常規(guī)規(guī)試試驗(yàn)驗(yàn)樁樁土土壓壓力力圖圖四、、試試驗(yàn)驗(yàn)理理論論計(jì)計(jì)算算分分析析計(jì)算算模模擬擬的的意意義義根據(jù)據(jù)土土-樁-結(jié)構(gòu)構(gòu)相相互互作作用用振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)試試驗(yàn)驗(yàn)取取得得的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，對(duì)對(duì)振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)試試驗(yàn)驗(yàn)試試驗(yàn)驗(yàn)過(guò)過(guò)程程進(jìn)進(jìn)行行實(shí)實(shí)體體模模型型計(jì)計(jì)算算，，實(shí)實(shí)體體模模型型計(jì)計(jì)算算可可以以驗(yàn)驗(yàn)證證理理論論分分析析方方法法和和計(jì)計(jì)算算模模型型的的可可靠靠性性，，并并由由此此確確定定模模型型的的參參數(shù)數(shù)取取值值。。而而且且通通過(guò)過(guò)實(shí)實(shí)體體模模型型計(jì)計(jì)算算還還可可以以獲獲得得振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)試試驗(yàn)驗(yàn)中中無(wú)無(wú)法法采采集集的的相相關(guān)關(guān)數(shù)數(shù)