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    樁-樁端土動力相互作用模型概述

    2013-01-30 11:13  來源:巖土網  閱讀:2860
    該內容為博士論文緒論中關于樁-樁端土動力相互作用模型的論述。在樁端土對樁的動力作用方面,已有的模型和處理方法都還存在較大缺陷和明顯不足,不能適應工程應用的要求,因此急需尋找新的更加有效、更加實用的模型和計算方法來解決或者改善這些問題。

    在目前已有的理論中,樁端土對樁的動力作用模型和處理方式有以下幾種:①采用簡化的動態Winkle模型,即樁端土體對樁的作用采用分布式線性彈簧和阻尼器并聯代替(如:Lysmer & Richart(1966)、Nogami & Konagai(1986)、Randolph & Deeks(1992)、Liao & Roesset(1997)、Wang等(2001)、王奎華等(1997,1998,1999,2001,2002,2003)、王宏志和陳云敏等(2000)、王騰和王奎華等(2000,2002a,2002b)、王海東等(2006)、吳志明和黃茂松等(2007)、Wang & Wu(2010)等),其參數(彈簧系數和阻尼系數)只能根據經驗來取常數值,與常規的土參數缺乏聯系,無法考慮樁端土與樁的實際動力耦合作用及樁端土體的三維波動效應,可見這種簡化模型在理論上存在較大的近似,難以反映樁端土實際作用。②樁端土對樁尖的作用采用非線性的分布式彈簧和阻尼器并聯代替(如:Militano & Rajapakse(1999)、Gazetas等(1991a,1991b)、燕彬和黃義(2004)等),一般表示成復阻抗函數的形式,其實部和虛部取值通過均質彈性半空間表面剛性圓盤振動理論計算得到。這種方法相比于第①種處理方式有了一定的進步。但其缺陷是沒有考慮樁長范圍內土體(即樁側土體)與樁端土的相互作用影響,也無法考慮樁尖以下土層的成層性因素、持力層厚度以及樁尖土體受施工擾動或者樁端沉渣等因素的影響,因此,這種方法在理論上也比較粗略,與工程實際情況相差仍然很大。③將樁端邊界假設為固定邊界或自由邊界(如:Novak & Howell(1977)、Nogami & Novak(1976,1977a,1977b)、李強和王奎華等(2004a,2005)、欒茂田和孔德森(2005)、張智卿和王奎華等(2006a,2006b,2006c)、尚守平和任慧等(2008,2009)、余俊和尚守平等(2007,2008)、劉林超和閆啟方(2011)等)。一般對嵌巖樁采用固定邊界,對純摩擦樁采用自由邊界。這種處理方式對于嵌巖樁和純摩擦型樁這兩種特殊樁型是比較適合的,但對于更加常見的摩擦端承樁和端承摩擦樁都是不適用的。④均質彈性半空間土介質疊加虛擬桿處理方法。早在1969、1970年, Muki 和Sternberg在研究豎向靜荷載作用下均質彈性半空間介質中有限長桿件的變形時,利用均質彈性半空間介質與虛擬樁(將實體樁材料參數中減去土參數部分所得到的新參數的樁)的疊加方法進行求解,避免了假設樁端的彈性支承條件問題。1999年以后,Militano & Rajapakse(1999)、Zeng & Rajapakse(1999)、Chen等(2002)、Wang & Zhou等(2003)、Senjuntichai等(2006)、Cai等(2006)、Lu等(2006)、Wang等(2008)、Zhou & Wang等(2009a,2009b)將這一疊加方法拓展到多孔飽和介質(土)中樁的振動問題研究,采用積分方程方法來求解穩態諧和荷載作用下飽和均質半空間中等截面均勻桿件(樁)縱向振動問題,同樣通過彈性半空間介質中疊加虛擬桿而避開了樁端土對樁的支承問題,但該方法在數學上并不嚴密,同時它僅適合于基巖埋深無限大,且整個覆蓋層土體性質完全均勻時,均勻截面阻抗樁的振動問題,同樣也不能考慮樁尖以下土層的成層性因素、持力層厚度以及樁尖土體受施工擾動及樁端沉渣等因素的影響,由于其限制條件較多,因此仍存在很大的應用局限性。

    綜上所述,在樁端土對樁的動力作用方面,已有的模型和處理方法都還存在較大缺陷和明顯不足,不能適應工程應用的要求,因此急需尋找新的更加有效、更加實用的模型和計算方法來解決或者改善這些問題。


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    吳文兵

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