[发明专利]半圆形山谷地形中桩基的动力响应计算方法

说明书

本发明涉及一种半圆形山谷地形中桩基的动力响应计算方法，包括如下步骤：(1)获取半圆形山谷地形、桩基及土体的物理力学参数；(2)基于复变函数法计算得出由于地震波震动引起的土体位移场；(3)基于动力Winkler地基模型，将地震波引起的土体位移场转化为桩基处附加应力，施加到桩基上，建立桩基的受力平衡方程；(4)在桩顶、桩底均处于自由约束的情况下时，求解均布荷载引起的桩基位移及其所受的弯矩，剪力。上述方法通过结合复变函数法与Winkler地基梁模型，首次提出了半圆形山谷上桩基础震动响应闭合解，并准确揭示半圆形山谷地震放大效应对桩基础震动响应的影响。

技术领域

本发明涉及抗震设计技术领域，更具体地涉及一种半圆形山谷地形的中桩基的动力响应计算方法。

背景技术

随着社会生产力的不断发展及科学技术的日益进步，我国大部分地区都实现了交通枢纽的现代化，在部分偏远山区，也能够实现桥梁修建的无缝对接，因而也对桥梁桩基的稳定性提出了更高的要求，这是因为在这些偏远的山区，地震作用经过山区半圆形山谷等地形的放大效应增幅会进一步增大桩基础震动响应，进一步威胁桩基础地震安全性。桩基在地震荷载作用下的动力响应规律一直是相关领域研究的重点。本文提出地震波作用下半圆形山谷地形的桩基的位移计算方法，从而更加精准的计算出桩基的位移，防范工程事故的发生。现有技术对于半圆形山谷桩基础震动响应研究存在空白，目前国际上对半圆形山谷桩震动响应研究为通过极限法模拟震后半圆形山谷的残余变形，并将其转化为位移荷载计算半圆形山谷桩的静力受力与变形。这一方法存在着以下问题：

1.仅能模拟震后半圆形山谷残余位移对桩基础受力变形影响，而桩基础抗震安全性最低时往往处于地震过程而不是震后，这导致基于该方法的半圆形山谷桩基抗震设计理论无法计算半圆形山谷桩基抗震最不利情况。

2.半圆形山谷地形效应在地震过程中会显著增幅桩基础震动响应，而现有研究理论无法揭示这种增幅规律，基于现有理论进行半圆形山谷桩基础抗震设计会导致安全冗余度严重降低。

3.无法模拟地震过程中桩基础的震动规律，无法获得地震过程中桩基础的动力响应时程曲线。

发明内容

为了解决现有技术中半圆形山谷桩基础震动响应研究存在空白、极限法模拟震后半圆形山谷的残余变形存在的以上技术问题。本发明提供了一种半圆形山谷地形下的桩基的动力响应计算方法。

本发明实现的技术方案如下，地震波作用下半圆形山谷地形下的的桩基的位移、弯矩和剪力计算方法，步骤如下：

(1)根据地勘资料获取半圆形山谷地形、桩基及土体的物理力学参数；

(2)基于复变函数法计算得出由于地震波震动引起的土体位移场；

(3)基于动力Winkler地基模型，将地震波引起的土体位移场转化为桩基处附加应力，施加到桩基上，建立桩基的受力平衡方程；

(4)在桩顶、桩底均处于自由约束的情况下时，根据建立的桩基受力平衡方程，求解均布荷载引起的桩基位移及其所受的弯矩，剪力。

所述物理力学参数包括：

(1)半圆形山谷参数：半圆形山谷半径R，地震波无量纲频率η，入射角角度γ；

(2)桩基参数：等效直径D，入土深度L，桩基弹性模量E_p，桩惯性矩I_p；

(3)土体参数：弹性模量E_s，土体泊松比μ_s。

所述自由场位移如下：

w_f(χ)＝w_s(χ)+w_i(χ)+w_r(χ)；  (1)