[发明专利]一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，其包括：S1、基于OpenSees计算平台，结合离心机试验原型尺寸建立液化分层场地桩‑土相互作用模拟整体三维模型；S2、建立三维模型的边界条件；S3、对三维模型加载地震波载荷，将模拟结果与离心机试验结果进行比对。本发明基于OpenSees有限元分析软件，结合离心机试验原型尺寸建立液化分层场地桩‑土相互作用模拟整体三维模型，与传统的三维建模方法中使用的将桩土刚性连接的方法比较而言，采用接触单元模拟桩土相互作用可以更好地再现试验中砂土与桩基的滑移、摩擦、相互位移等试验现象。结果证明，此模型计算结果与试验结果吻合较好，能够正确反应场地中桩、土的动力反应。

技术领域

本发明涉及抗震试验模拟技术领域，特别涉及一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法。

背景技术

地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。

当前的科技水平尚无法预测地震的到来，未来相当长的一段时间内，地震也是无法预测的。所谓成功预测地震的例子，基本都是巧合。对于地震，我们更应该做的是提高建筑抗震等级、做好防御，而不是预测地震。

地震导致的桩基础周围砂土液化从而导致的砂土变形与扩展对桥梁桩基造成的破坏最为严重，是桥梁桩基震害最普遍的表现形式。因此，对桥梁桩基抗震进行有效的数值模拟已经成为一个迫切的研究课题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法。其采用如下技术方案：

一种基于OpenSees的三维液化场地桩基础抗震试验模拟方法，包括：

S1、基于OpenSees计算平台，结合离心机试验原型尺寸建立液化分层场地桩-土相互作用模拟整体三维模型；具体包括：

采用OpenSees材料库中的20-node brick element四节点水土耦合实体单元对土体单元进行模拟，采用OpenSees材料库中的elastic Beam-Column单元对桩身单元进行模拟，采用OpenSees材料库中的zerolength单元对所述土体单元与桩身单元之间的相互作用进行模拟；

S2、建立所述三维模型的边界条件；具体包括：

将左右侧边界位于同一水平高度处的节点自由度通过equalDOF命令进行绑定，使左右两边节点位移同步，以达到数值模拟与试验条件一致，通过fix命令对模型底部与两侧面边界处孔压自由度进行约束，使其成为不透水边界；

S3、对所述三维模型加载地震波载荷，将模拟结果与所述离心机试验结果进行比对。

作为本发明的进一步改进，所述桩身单元与土体单元的主从节点间通过opensees内嵌的equalDOF命令进行绑定，将zero-length单元施加在桩身单元从属弹簧以及土单元从属弹簧交接点处，并赋予zero-length单元以弹簧(p-y弹簧、t-z弹簧)属性，以模拟桩身与土体交界面的相互作用。

作为本发明的进一步改进，对所述三维模型加载地震波载荷，之前还包括：

基于弹性分析，对施加土体自重，使孔压得到快速释放，获取初始土体应力；塑性分析：基于塑性理论再次对土体进行自重分析，获取二次场地初始土体应力；桩单元自重施加，进一步获取场地荷载施加前应力，作为场地的最终初始有效应力。

作为本发明的进一步改进，所述地震波载荷以加速度的形式施加于所述三维模型底部。