桩基是一种历史悠久而又被广泛采用的基础型式。历次世界大地震中,均出现了各类桩基础的严重破坏现象。由于破坏的隐蔽性,使得已破坏桩基的修复极为困难而且耗资巨大。在现有桩基抗震设计规范中提出了一些桩基抗震的构造措施,但缺乏系统性和针对性。试验表明,在地震作用下,地基与结构之间存在很强的动力相互作用。对地震作用下土—桩—结构动力相互作用进行数值模拟研究具有重要的学术意义和工程实用价值。 作者对桩的震害特点、破坏形式、桩—土—结构动力相互作用的分析方法等几个方面进行了系统地总结。地震作用下桩—土—结构动力相互作用是一个多学科交叉,多部门关注的复杂课题。针对不同的具体问题,一方面要改进与发展理论严密的精细分析方法,同时也要发展计算模型简单、参数便于确定的实用性较强的简化分析方法,以满足不同工程的抗震设计要求。本文采用动力有限元分析方法,将研究体系简化为平面模型,重点研究了桩—土—结构动力相互作用体系的动力特性和基桩的抗震性能等,主要开展了如下工作: (1) 选择适合桩—土—结构动力相互作用分析的材料本构关系,研究了桩—土—结构动力相互作用体系二维有限元分析的一种实用方法。上部结构采用线弹性的本构模型,下部土体采用等效非线性本构关系或基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性模型,确定了相应模型的矩阵及模型所需的相关参数。探讨了非线性动力方程的求解方法,单元的选取,土体边界的模拟方法,网格大小的划分,重力的考虑等。 (2) 进行了不同输入地震动、不同场地条件下桩土体系的地震反应分析及地震作用下桩土体系的参数敏感性分析:探讨了在地震作用下考虑土体弹塑性时桩土体体系的动力相互作用。既使在相同地质条件、相同地震动加速度峰值的条件下,如果输入地震波的波形不同,得到的桩土体系的地震反应也不同,并对放大倍数或高频过滤产生影响。桩土体系上部土体的刚度越大,桩身的水平位移、加速度越小,但对较深处桩的位移和加速度的影响较小。调整相应的模型参数进行多因素敏感性分析,得到桩土模量比对桩顶水平位移及桩身最大弯矩的影响最大,地震动的输入水平次之、桩的长径比影响较小。在土体基本弹性参数不变时,考虑土体弹塑性后,桩身的水平相对位移、加速度和剪力均可能减小;在水平地震作用下,单层土体的破坏表现为剪切型特性,而多层土体