岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 961-972.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0597

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

双参数层状地基中水平动荷载和扭转振动组合作用下受荷桩受力变形分析

江杰1, 2, 3,陈丽君1, 2,柴文成1, 2,艾永林1, 2,欧孝夺1, 2, 3   

  1. 1. 广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004;2. 广西大学 特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室,广西 南宁 530004; 3. 广西瑞宇建筑科技有限公司,广西 南宁 530004
  • 收稿日期:2023-05-16 接受日期:2023-08-11 出版日期:2024-04-17 发布日期:2024-04-16
  • 通讯作者: 欧孝夺,男,1970年生,博士,教授,博士生导师,主要从事特殊土工程性质方面的研究。E-mail: ouxiaoduo@163.com
  • 作者简介:江杰,男,1979年生,博士,教授,博士生导师,主要从事桩基理论与基坑支护方面的研究工作。E-mail: jie_jiang001@126.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 52068004)

Analysis of deformation and force behavior of pile in double-parameter layered foundation subjected to combined horizontal dynamic load and torsional vibration

JIANG Jie1, 2, 3, CHEN Li-jun1, 2, CHAI Wen-cheng1, 2, AI Yong-lin1, 2, OU Xiao-duo1, 2, 3   

  1. 1. School of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China; 2. State Key Laboratory of Featured Metal Materials and Life-Cycle Safety for Composite Structures, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China; 3. Guangxi Ruiyu Construction Technology Co., Ltd., Nanning, Guangxi 530004, China
  • Received:2023-05-16 Accepted:2023-08-11 Online:2024-04-17 Published:2024-04-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52068004).

摘要: 为了更准确地分析桩顶在承受水平动荷载H(t)和扭转振动T(t)组合荷载作用下的受力变形特性,基于Pasternak模型,考虑多向荷载间的相互作用,建立层状地基中H(t)-T(t)受荷桩简化分析模型。利用有限杆单元法推导出桩身内力位移数值解,并与已有相关理论解、模型试验和有限元模拟结果进行对比验证。参数分析表明:(1)与Winkler模型计算结果相比,考虑土体剪切效应后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别减小了11.8%和10.5%。(2)增大外荷载无量纲频率可减小桩身水平位移和弯矩,但同时会减小H(t)-T(t)耦合刚度。(3)在层状地基中,表层土对桩身内力位移的影响最大,且存在临界影响深度,表层硬土的临界影响厚度是表层软土临界影响厚度的3.5~6.5倍。(4)采用杆单元模型可减少单元划分数量和计算时间,有效提高计算效率。

关键词: 桩基, Pasternak模型, 多向荷载, 层状地基, 有限杆单元法

Abstract: In order to accurately analyze the internal force and deformation of pile under the combined horizontal dynamic load (H(t)) and torsional vibration (T(t)) on the top of the pile, a simplified analytical model of H(t)-T(t) loaded pile in layered foundation is established based on the Pasternak model, considering the interaction of multidirectional loads. The numerical solutions of the internal forces and displacements of the pile are derived by using the finite beam element method, and the results are compared with the existing theoretical solutions, model tests and finite element simulations. Parametric analysis shows that: (1) Compared with the calculation results of Winkler model, the horizontal displacement at the top of the pile and the maximum bending moment of the pile are reduced by 11.8% and 10.5%, respectively, after considering the shear effect of the soil. (2) Increasing the dimensionless frequency of the external load reduces the horizontal displacement and bending moment of the pile, and also reduces the H(t)-T(t) coupling stiffness. (3) In the layered foundation, the surface soil has the greatest influence on the internal force and displacement of the pile, and there is a critical influence depth of the surface soil. The critical influence thickness of the surface hard soil is 3.5–6.5 times that of the surface soft soil. (4) The beam element model reduces the number of element divisions and calculation time, which can effectively improve the calculation efficiency.

Key words: pile foundation, Pasternak model, multidirectional loads, layered foundation, finite beam element method

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[1] 张冬梅, 张学亮, 杜伟伟, . 基于离散单元法的渗流侵蚀作用下桩基位移与承载特性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1181-1189.
[2] 李绍毅. 采用有限元+边界元方法研究非饱和地基中群桩基础的动力阻抗[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 895-907.
[3] 李小信, 何超, 周顺华, 李晖, . 具有不规则界面的层状地基三维动力响应的薄层法[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 655-668.
[4] 陈慧芸, 冯忠居, 白少奋, 董建松, 夏承明, 蔡杰, . 桥梁桩基穿越溶洞的荷载传递机制试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1405-1415.
[5] 黄娟, 胡钟伟, 余俊, 李东凯. 考虑黏性的液化土中水平振动桩基桩顶阻抗研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1445-1456.
[6] 张聪, 冯忠居, 王富春, 孔元元, 王溪清, 马晓谦, . 强震区软弱土层差异厚度下单桩动力响应振动台试验[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1100-1110.
[7] 张昕, 董浩, 徐迎迎, 王柳月, . 竖向循环荷载作用下砂土中单桩承载特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 673-684.
[8] 闫志晓, 李雨润, 王东升, 王永志, . 覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 861-872.
[9] 郑长杰, 崔亦秦, 吴琛, 罗通, 栾鲁宝, . 竖向入射S波作用下单桩水平地震响应简化解析方法[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 327-336.
[10] 彭文哲, 赵明华, 杨超炜, 赵衡, . 斜坡桩水平循环特性模型试验及有限杆单元解[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 381-391.
[11] 张正哲, 贾科敏, 许成顺, 潘汝江. 倾斜液化场地−桩基−结构体系在近场脉冲与非脉冲地震动下地震响应差异分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(12): 3629-3638.
[12] 唐亮, 满孝峰, 丛晟亦, 司盼, 凌贤长, 张效禹, 李雪伟, . 液化场地桩基地震失效机制:现状与挑战[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2979-2996.
[13] 谭飞, 林大伟, 焦玉勇, 于锦. 钢护筒涂层减阻桩隔离层试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 229-236.
[14] 彭文哲, 赵明华, 杨超炜, 刘亚楠. 基于有限杆单元法的斜桩受力变形分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 650-657.
[15] 景立平, 吴凡, 李嘉瑞, 汪刚, 齐文浩, 周中一, . 土−桩基−隔震支座−核岛地震反应试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2483-2492.
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[1] 谭贤君,陈卫忠,杨建平,杨春和. 盐岩储气库温度-渗流-应力-损伤耦合模型研究[J]. , 2009, 30(12): 3633 -3641 .
[2] 马远刚,杨春和. 极限状态及变形量控制下自平衡试桩承载力分析[J]. , 2009, 30(9): 2787 -2791 .
[3] 胡明鉴,汪 稔,陈中学,王志兵. 泥石流启动过程PFC数值模拟[J]. , 2010, 31(S1): 394 -397 .
[4] 杨荣伟,程晓辉. 光弹颗粒材料的直剪实验研究[J]. , 2009, 30(S1): 103 -109 .
[5] 王菁莪 ,项 伟 ,毕仁能. 基质吸力对非饱和重塑黄土崩解性影响试验研究[J]. , 2011, 32(11): 3258 -3262 .
[6] 袁小平,刘红岩,王志乔. 基于Drucker-Prager准则的岩石弹塑性损伤本构模型研究[J]. , 2012, 33(4): 1103 -1108 .
[7] 冯 振 ,殷跃平 ,李 滨 ,张 明 . 重庆武隆鸡尾山滑坡视向滑动机制分析[J]. , 2012, 33(9): 2704 -2713 .
[8] 胡 敏,徐国元,胡盛斌. 基于Eshelby张量和Mori-Tanaka等效方法的砂卵石土等效弹性模量研究[J]. , 2013, 34(5): 1437 -1442 .
[9] 白 冰,李小春. 湿度应力场理论的证明[J]. , 2007, 28(1): 89 -92 .
[10] 陈建斌,孔令伟,赵艳林,吕海波. 蒸发蒸腾作用下非饱和土的吸力和变形影响因素分析[J]. , 2007, 28(9): 1767 -1772 .