[发明专利]一种相邻大直径桩水平动力响应分析方法及系统

说明书

本发明实施例公开了一种相邻大直径桩基水平动力响应分析方法及系统，其包括：S1、给定相邻大直径桩基水平动力相互作用简化力学模型对应的假定条件；S2、建立大直径主动桩桩身单元的动力平衡方程；S3、创建大直径主动桩桩身水平振动位移和转角关系方程并获得对应的位移通解；S4、计算大直径主动桩的桩身水平振动位移、桩身弯矩以及剪力；S5、计算由大直径主动桩I引起的大直径被动桩II的动态位移并计算出邻桩相互作用因子。本发明同时考虑轴向力作用下的相邻桩基水平动力相互作用，能适用于复杂多向荷载作用下的相邻桩基水平振动问题，更符合实际工程中群桩相互作用体系的研究，可为桩基动力理论提供指导和参考作用。

技术领域

本发明涉及桩土水平振动技术领域，尤其涉及一种轴、横向力作用下基于Pasternak模型相邻大直径桩水平动力响应分析方法及系统。

背景技术

目前，在解决桩体水平振动动力响应问题时，为方便计算，桩周土体一般简化为Winkler模型。但是Winkler地基模型忽略了土的剪切效应，使得计算结果在理论上不够严密。而Pasternak地基模型在Winkler模型的基础上考虑了地基土体剪切效应，使用Pasternak地基模型使得桩土耦合系统能够更为合理的模拟实际工程工况。目前对于细长杆件桩基模型采用经典Bernoulli-Euler理论，该理论模型只考虑桩体弯曲变形，忽略了桩基剪切变形的影响。而对于大直径桩，考虑桩身剪切变形对其动力阻抗的影响尤为重要，同时在实际工程中，桩基往往以群桩的形式出现。群桩在外界动荷载作用下会出现“群桩效应”，即某一桩受动荷载影响产生振动，其振动将使周围土体产生振动，振动波在土介质中传播进而对周围其他桩的振动产生影响，因此求解群桩动力问题时需考虑邻桩相互作用。且随着大型复杂建筑的兴起，基桩在复杂多向荷载同时作用下的受力分析也变得极为重要。

发明内容

基于此，为解决现有所存在的不足，本发明专利基于Pasternak地基提出一种相邻大直径桩水平动力响应分析方法。

一种相邻大直径桩水平动力响应分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、给定相邻大直径桩基水平动力相互作用简化力学模型对应的假定条件，所述假定条件至少包括：桩身简化为圆形等截面、均质Timoshenko梁，忽略桩身转动惯量的影响只考虑剪切变形；桩周土体简化为Pasternak地基模型以描述桩-土相互作用；桩-土模型系统各部分均满足小变形条件，桩土界面为完全接触且无相对滑动；桩底为固端约束；桩顶处仅发生水平位移，桩底处为固端约束；

S2、创建考虑轴、横向力作用下，基于Timoshenko梁和Pasternak地基模型的大直径主动桩桩身单元的动力平衡方程；

S3、创建大直径主动桩桩身水平振动位移和转角关系方程并获得对应的位移通解；

S4、计算大直径主动桩的桩身水平振动位移、桩身弯矩以及剪力；

S5、计算由大直径主动桩I引起的大直径被动桩II的动态位移并计算出邻桩相互作用因子。

可选的，在其中一个实施例中，所述S2中的所述模型的创建过程包括：

建立主动桩的单桩水平振动模型桩身单元的动力平衡方程，所述动力平衡方程如下式：

式(1)中：分别为主动桩I桩身质点的水平位移和截面转角；A^p、G^p、E^p、I^p、ρ^p、m^p分别为桩体截面积、剪切模量、弹性模量、截面惯性矩、密度和单位长度质量，N₀为作用在桩顶的轴向力；K'为剪力形状系数；为桩周地基土剪切刚度；B₀为桩的计算宽度,B₀＝0.9(1.5d+0.5)；

其中，和则按如下公式确定：