[发明专利]一种基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法

权利要求书

1.一种基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取液化场地桩基动力反应离心机实验数据；

(2)基于OpenSees平台，根据步骤(1)中的离心机试验建立桩-土相互作用有限元模型：

S1、建立匹配步骤(1)的离心机试验中的砂土层有限元模型，并将所述砂土层有限元模型划分成若干个砂土实体单元；

S2、在所述砂土层有限元模型中建立桩身单元，所述桩身单元由若干桩单元组合而成；

S3、所述桩单元采用OpenSees材料库中的纤维单元以匹配步骤(1)中离心机试验的桩身材料本构模型；

S4、在所述砂土实体单元和桩单元之间施加弹簧单元，用于模拟所述砂土实体单元和所述桩单元间的相互作用；

(3)对所述桩-土动力相互作用有限元模型施加动力条件进行模拟，并计算桩-土相互作用有限元模型的弯矩：M＝F×L，其中，F表示模拟时所述桩身单元所受的剪切应力，L表示所述桩身单元的长度；

(4)导出步骤(3)中的弯矩数据并与步骤(1)中的所述离心机实验数据比对。

2.如权利要求1所述的基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法，其特征在于，步骤S1中模拟砂土实体单元的步骤为：

S11、在所述砂土层有限元模型中引入OpenSees中基于u-p形式水土动力耦合的QuadUP单元作为所述砂土实体单元；

S12、所述砂土实体单元在二维情况下单元为4节点单元，其具有土体二个方向的平移自由度(u)和孔隙水压力(p)三个自由度。

3.如权利要求1所述的基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法，其特征在于，所述桩单元的桩身混凝土选用基于Kent-Scott-Park的单轴混凝土材料，赋予所述桩身混凝土Karsan-Jirsa线性准则；所述桩单元的钢筋为具有线性关系并且各向同性的单轴材料，赋予所述钢筋Hardening模型。

4.如权利要求1所述的基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法，其特征在于，步骤S4中施加弹簧单元的步骤为：

S41、选取所述砂土实体单元与所述桩身单元作用面上的至少两个作用节点，且在所述作用节点处，所述砂土实体单元的土主节点与所述桩身单元的桩身主节点重合，其中，所述土主节点为所述砂土实体单元的位置节点，所述桩身主节点为所述桩身单元与所述砂土实体单元接触面边界上的位置节点；

S42、根据所述土主节点建立土从属节点，根据所述桩身主节点建立桩身从属节点；

S43、在所述土从属节点和所述桩身从属节点间建立OpenSees软件内嵌的零长度单元；

S44、赋予所述零长度单元侧向弹簧属性和竖向弹簧属性，从而形成所述弹簧单元。

5.如权利要求1所述的基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法，其特征在于，所述桩身单元分为单桩单元、2×2群桩单元、3×3群桩单元。

6.如权利要求1所述的基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法，其特征在于，步骤(3)中的模拟步骤为：

(3.1)约束所述桩-土相互作用有限元模型的两侧面边界的孔压自由度，使其成为不透水边界；

(3.2)对所述砂土实体单元基于弹性分析的自重施加，基于塑性分析以获取初始土体应力；

(3.3)所述桩身单元自重施加，获取二次土体初始应力；

(3.4)在所述桩-土相互作用有限元模型的底部施加地震波进行模拟。

7.如权利要求1所述的基于opensees的液化场地非线性桩基础模拟方法，其特征在于，相邻两所述桩身之间通过承台单元刚性连接，其中，所述承台单元刚度大于所述桩单元刚度；所述桩身单元基础底部与砂土实体单元之间刚性连接。