砂土—桩—结构相互作用振动台试验研究

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该文采用振动台试验研究地震荷载下土-桩-结构相互作用(SSPSI)的有关规律及其机理,为此,作了以下一些工作:(1)在查阅大量国内外文献的基础上,总结了并简要评述了关于SSPSI的理论分析方法及试验.(2)在比较目前常用的研究SSPSI振动台试验的三种盛土容器(刚性容器、圆筒型柔性容器和剪切变形土箱)优缺点的基础上,设计了层状剪切变形土箱容器.根据自由场试验的数据,分析了土箱边界对土体的影响,结果表明:该试验所设计的层状剪切变形土箱成功地消除了土箱边界效应.(3)采用干砂作为模型土,在振动台上进行了自由场、单桩2×2的群桩试验.通过试验数据的分析,得到一些重要的结论:①上部结构反应的加速度傅立叶谱有两个主要峰值,分别对应土体频率和结构体系本身的频率,在小震下,造近土体基频的频率分量被放大,大震下,靠近结构体系基频的频率分量被放大;②小震下,结构的反应主要由土体的特性所控制,大震下则主要由结构体系的特性控制;③在同一地震波输入下,随着结构体系基频偏离土体基频程度的增大,结构的反应减小,偏离愈大,反应愈小;④桩的应变反应与上部结构的振动关系极大,不能仅从上部结构质量大小的角度来考察;同样峰值输入下,上部结构质量大,其桩的应变可能反而小;⑤只考虑表层土的特性对土-桩-结构相互作用的影响是不全面的,还须考虑沿整个桩长土体的特性,特别是桩尖部分土体的特性.(4)采用SHAKE程序对自由场试验进行了分析.分析结果表明试验成功地模拟了实际土层的自由场地震反应;结果对比表明SHAKE程序对于强非线性误差较大.(5)通过单桩的破坏试验研究和理论分析表明:对于上部结构质量较大或由于共振引起较大的惯性力,使桩基发生破坏的部位一般在土表层下几倍桩径处,破坏前后结构的动力特性、地震反应都产生很大的变化;而且由于土体运动引起桩的破坏一般在桩身中部,破坏前后结构的动力特性、地震反应变化不大(小震下).(6)采用系统识别理论对体系的动力特性作了进一步分析,表明:①输入地震波的不同(包括频率和幅值),体系的频率和阻尼比是不相同的;②阻尼比是随着输入幅值的增大而增大的.(7)采用改进的Penzien模型对试验结果进行了验证,分析表明改进的Penzien模型能够较好地模拟SSPSI问题.参数分析表明;针对该试验(干砂),Penzsien模型中的附加场地土质量对结构反应的影响可以忽略,辐射阻尼项也可忽略;在土层表面下一定深度,桩土间水平弹簧刚度对结构的反应影响很小,但表层影响较大.(8)对试验的经验教训进行了总结,以供后来者参考、改进.(9)对地震荷载下土-桩-结构相互作用机理作了探讨.
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