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改革开放以来我国的土木行业快速发展,各种大型项目建设进入了一个高速发展的阶段,桩基础在其中应用广泛,但与此同时,桩基础的应用也受到许多恶劣环境的挑战,像是潮汐和地震等。因为斜桩可以通过轴力分担水平荷载的特点,就被提出用以应对复杂横向力环境。但限于施工工艺和理论研究等因素,斜桩在我国并未得到广泛应用,其抗震特性的研究仍需深入。
本文以可液化土中的直桩系统和斜桩系统为研究对象,借助大型振动台试验辅以数值模拟,对比直桩系统和斜桩系统在三种地震波(Landers波、Wenchuan波、EI-centro波)在不同地震动强度(0.2g、0.3g、0.4g)共九个工况下的地震反应,对超孔隙水压力、高桩承台的水平加速度和转动加速度、上部结构水平加速度和水平位移、桩身弯矩包络图进行对比分析,得到了以下几点结论:
1.在Landers波和Wenchuan波加载时,土层出现了明显的液化现象,但EI-centro波加载时,土层并未发生明显的液化现象。当地震动强度提高时,超孔隙水压力的积累速度明显加快,液化现象会更快发生,超孔压比峰值会随着地震动强度提高而提高。超孔隙水压力时程曲线相对于地震波时程曲线有着明显的滞后现象。
2.斜桩系统承台和上部结构的加速度放大系数要明显小于直桩系统,承台要小36%~52%,上部结构要小10%~37%。当地震动强度提高时,承台和上部结构的放大系数反而减小。承台对于地震动强度的变化要更为敏感。
3.从对不同地震工况的直桩系统和斜桩系统的承台和上部结构的位移峰值进行分析发现,斜桩系统的承台和上部结构的水平位移峰值要明显小于直桩系统。承台要小32%~58%,上部结构要小30%~48%。
4.斜桩系统承台的转动加速度峰值要明显大于直桩系统。这说明了直桩系统的承台能更好地抵抗转动,减小上部结构不均匀沉降。
5.直桩和斜桩的桩身弯矩包络图分布随着地震动强度的提高而增大。桩身最大弯矩位于接近桩底约2倍桩径处,其次大弯矩在斜桩倾角较小时位于桩顶处,在倾角较大时位于液化深度内,次大弯矩的值大约为最大弯矩的1/2~2/3。
6.当斜桩倾角增大,承台的水平加速度峰值、桩身弯矩包络图基本呈减小的趋势,在斜桩倾角为15°时,从以上指标上来说,其抗震性能最优。但是,随着斜桩倾角增大,承台的转动加速度峰值也随之增加,使得上部结构更易产生差异沉降,产生不利影响。
本文以可液化土中的直桩系统和斜桩系统为研究对象,借助大型振动台试验辅以数值模拟,对比直桩系统和斜桩系统在三种地震波(Landers波、Wenchuan波、EI-centro波)在不同地震动强度(0.2g、0.3g、0.4g)共九个工况下的地震反应,对超孔隙水压力、高桩承台的水平加速度和转动加速度、上部结构水平加速度和水平位移、桩身弯矩包络图进行对比分析,得到了以下几点结论:
1.在Landers波和Wenchuan波加载时,土层出现了明显的液化现象,但EI-centro波加载时,土层并未发生明显的液化现象。当地震动强度提高时,超孔隙水压力的积累速度明显加快,液化现象会更快发生,超孔压比峰值会随着地震动强度提高而提高。超孔隙水压力时程曲线相对于地震波时程曲线有着明显的滞后现象。
2.斜桩系统承台和上部结构的加速度放大系数要明显小于直桩系统,承台要小36%~52%,上部结构要小10%~37%。当地震动强度提高时,承台和上部结构的放大系数反而减小。承台对于地震动强度的变化要更为敏感。
3.从对不同地震工况的直桩系统和斜桩系统的承台和上部结构的位移峰值进行分析发现,斜桩系统的承台和上部结构的水平位移峰值要明显小于直桩系统。承台要小32%~58%,上部结构要小30%~48%。
4.斜桩系统承台的转动加速度峰值要明显大于直桩系统。这说明了直桩系统的承台能更好地抵抗转动,减小上部结构不均匀沉降。
5.直桩和斜桩的桩身弯矩包络图分布随着地震动强度的提高而增大。桩身最大弯矩位于接近桩底约2倍桩径处,其次大弯矩在斜桩倾角较小时位于桩顶处,在倾角较大时位于液化深度内,次大弯矩的值大约为最大弯矩的1/2~2/3。
6.当斜桩倾角增大,承台的水平加速度峰值、桩身弯矩包络图基本呈减小的趋势,在斜桩倾角为15°时,从以上指标上来说,其抗震性能最优。但是,随着斜桩倾角增大,承台的转动加速度峰值也随之增加,使得上部结构更易产生差异沉降,产生不利影响。