由于具有较强的抗上拔能力、可快速安装并承载、降低施工成本、能适应不同土质条件和施工周期短等优点,螺旋桩基础被广泛应用于各类土木工程中,比如输电线路工程、坑壁及边坡防护、海上工程和光伏支架基础等。尤其需要指出的是,长期运行在大范围多变复杂地质条件和气象条件下的架空输电线路工程,其铁塔基础除承受上拔和下压载荷外,还遭受导线张力、风载荷、波浪载荷和地震载荷等水平动力作用。在水平激励作用下,螺旋桩土系统的动力相互作用更加复杂,表现出显著的非线性特性。随着国家发展战略的需要,不少重大工程对基础的振动频率和振幅要求严格,而相关试验和理论研究不够成熟,因此对钢管螺旋桩基础在水平动力载荷下的振动响应特性研究具有重要的现实意义。本文以钢管螺旋桩基础为主要研究对象,采用理论分析、有限元模拟和模型试验相结合的方法,主要研究了钢管螺旋桩在水平激励下的非线性振动响应特性和桩土动力相互作用规律。主要研究内容如下:(1)根据等效刚度的原则,首先将钢管螺旋桩等效为同等壁厚的管桩,建立了等效后单相土及饱和土中钢管螺旋桩-土耦合作用的水平振动响应模型。在考虑桩周和桩芯土体边界条件的情况下,利用初参数法对钢管螺旋桩的水平振动微分方程进行了求解,得到了钢管螺旋桩桩顶的水平动力阻抗。通过加入工程算例,以直观的描述桩体结构参数和土力学主要参数对钢管螺旋桩水平动力阻抗的影响。(2)采用模型砂箱试验的方法,自制了螺旋桩-土动力相互作用模型试验系统,主要由螺旋桩土系统、水平激振系统、数据采集及分析系统三部分组成,研究了砂土中钢管螺旋单桩和直桩在水平激励下的非线性振动响应特性,具体分析了螺旋桩长径比、距宽比、正弦荷载振动频率和激振荷载幅值等对单桩水平振动响应特性的影响。通过研究螺旋桩周围土体的应力扩散,还给出了水平动力荷载作用下钢管螺旋桩土相互作用规律。(3)为了进一步研究螺旋桩桩-土动力相互作用规律,首先建立了钢管螺旋桩基础三维模型,利用有限元方法并借助ABAQUS软件对螺旋桩-土系统进行了模态分析。然后,对螺旋桩基础在水平正弦荷载及水平地震波作用下的动力响应进行了数值研究。研究表明,随着频率的增加,桩顶中心点的水平位移幅值逐渐减小;螺旋桩基础的加速度及桩顶位移随螺旋桩与土的弹性模量比的增大而增大。