【摘 要】
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近年来,海洋资源的开发利用促使海上风机、海洋平台、跨海大桥等工程不断建设与投入使用,桩基础因其承载力高、变形较小及稳定性好等特点被广泛应用于这些海上工程。但复杂多变的海洋环境中,桩基础往往承受风、波、流及外物撞击等产生的水平偏心动力荷载,其分解后即表现为水平动力和扭转振动的联合作用,对桩基础的承载变形特性影响较大。为此,本文基于已有研究成果,针对水平动力-扭转振动联合受荷单桩的内力位移进行了理论分
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近年来,海洋资源的开发利用促使海上风机、海洋平台、跨海大桥等工程不断建设与投入使用,桩基础因其承载力高、变形较小及稳定性好等特点被广泛应用于这些海上工程。但复杂多变的海洋环境中,桩基础往往承受风、波、流及外物撞击等产生的水平偏心动力荷载,其分解后即表现为水平动力和扭转振动的联合作用,对桩基础的承载变形特性影响较大。为此,本文基于已有研究成果,针对水平动力-扭转振动联合受荷单桩的内力位移进行了理论分析和数值模拟研究,主要工作有:首先,针对均质地基中的扭转振动(T(t))受荷单桩,假设桩周土为均质各向同性体,桩身为均匀线弹性杆,在柱坐标系下推导嵌岩桩在桩顶简谐扭矩作用下的定解问题,利用桩-土系统边界条件求解出桩身扭转角和扭矩的解析解,并分析了桩顶扭转复刚度、桩身扭转角和扭矩的变化规律。其次,基于有限单元法建立了均质地基中水平动力-扭矩(H(t)-T)联合受荷单桩的单元刚度矩阵,并通过考虑桩周土及H(t)-T耦合作用的刚度贡献,形成桩身综合刚度矩阵,采用MATLAB编写了桩身内力位移计算程序,进而通过参数分析,探讨桩身长径比、桩土刚度比、无量纲频率、桩底边界条件等参数对桩身内力位移的影响规律。第三,基于单一T(t)受荷桩及H(t)-T联合受荷桩的解答,利用Winkler地基梁模型模拟桩周土的作用,并考虑桩周土水平反力、环向侧摩阻力及水平动力H(t)-扭转振动T(t)耦合产生的附加刚度,建立出均质地基中H(t)-T(t)联合受荷桩的桩身综合刚度矩阵后,采用MATLAB编程求解桩身内力位移,并通过参数分析探讨了桩身承载变形特性及H(t)对桩顶扭转复刚度、桩身扭转角和扭矩的影响。最后,基于ABAQUS建立了水平动力-扭转振动(H(t)-T(t))联合受荷单桩的3D数值分析模型,将模型分别退化成单一水平动力受荷桩和扭转振动受荷桩模型后对比验证了模型的合理性,进而选取桩身长径比、桩土刚度比和桩底边界条件进行参数分析,进一步探讨了H(t)-T(t)联合受荷桩的内力位移变化规律。
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