[发明专利]地震过程中覆盖粘土层的液化场地桥梁桩基荷载—位移关系估算新方法

说明书

为了提供一种建立覆盖粘土层的液化场地桩‑土动力相互作用荷载‑位移方法，解决建立动力荷载‑位移过程中求解土反力的精度差的缺陷，还能有效地获得桩土相对作用位移y，保证得到覆盖粘土层的液化场地桩‑土动力相互作用荷载‑位移的正确性，本发明给出了一种覆盖粘土层的液化场地桩‑土动力相互作用荷载‑位移建立的新方法，它涉及一种岩土工程领域中求解桩‑土动力相互作用荷载‑位移的技术途径，主要涉及(1)动力荷载‑位移建立基本理论；(2)土层分界处桩的弯矩内插函数处理方法；(3)桩‑土动力相互作用力的计算；(4)桩的侧向动位移求解及(5)确定桩土相对动位移等五部分内容。

技术领域

本发明涉及一种岩土地震工程领域的地震过程中覆盖粘土层的液化场地桥梁桩基荷载 -位移关系估算新方法。

背景技术

通常，很难直接且精确地测到地震过程中桩上的土压力时程。需要将实测桩的应变转为弯矩，采用内插函数表示桩上分布的离散弯矩值，然后依据桩的弯矩与挠度之间关系，通过对桩的弯矩沿埋深的双重积分并结合桩位移边界条件计算桩的侧向位移y，通过对沿桩身分布的弯矩双重微分求解桩上土反力p。但是，由于数值微分是将测试误差自然发散并放大的数学过程，并且极易受到高频噪声干扰，直接计算土反力比桩的侧向位移难度要更大。与桩的真实弯矩相比，很小的弯矩误差使得计算出的土反力误差很大。以往，建立桩-土地震相互作用的荷载-位移关系常采用多种微分和积分数值方法。内插低次或高次的多项式及其它数值方法(如基于中心和端点的有限差分法)拟合桩的弯矩均不能很好获得到桩上土反力的合理分布甚至导致求解土压力的错误。

发明内容

本发明的目的是提供一种建立地震过程中覆盖粘土层的液化场地桩-土动力相互作用荷载-位移的新方法。它可以解决建立桩-土地震相互作用荷载-位移过程中求解土反力的精度差的缺陷，还能够有效地获得桩土相对作用位移y，保证得到的覆盖粘土层的液化场地桩-土动力相互作用荷载-位移曲线的正确性。

本发明提供的地震过程中覆盖粘土层的液化场地桥梁桩基荷载-位移关系估算方法，包括以下五部分，如下：

(1)动力荷载-位移基本理论

如图1所示，侧向桩-土相互作用力及桩的变由梁的基本理论，通过沿着桩身分布的弯矩M(x)记录反算得到：

式中，p为桩侧土反力，y_pile为桩的变位，EI为桩的抗弯刚度，x为土层埋深(地表处x＝0)， M表示桩身弯矩。

为了进一步得到桩-土动力相互作用荷载-位移，还需要求解桩的侧向动位移y，土层位移y_soil通过土层加速度记录积分得到。

(2)土层分界处桩的弯矩内插函数处理方法

为了处理土层分界处桩的弯矩，通常在桩上靠近土层分界线上下位置布置两对应变片。由于应变片本身长，考虑实际操作过程偏差，将位移土层分界线以上应变片位置x坐标取为一个值，土层分界线以下应变片位于另一坐标值。另外，弯矩点间距对求解p和y的方法影响不显著。注意，选取土层分界处应变较大值，求解结果与上述处理得到结果几乎一致。

(3)桩-土动力相互作用力的计算

基于三次多项式对每一连续的五节点区间内弯矩拟合并求解中间点微分值的方法而改进的求解土反力微分方法，计算土反力时程，步骤如下，见图2：

1)采用三次多项式拟合第一个5节点区间内弯矩值；

2)对上述三次多项式二次微分，确定出第一个5节点区间内桩上线性的土反力分布；

3)求解第一个5节点区间内中心点位置的函数值并得到该位置的土反力；

4)通过向上或向下移动一个节点组建下一个5节点区间，重复上述过程；