英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
单桩非线性地震响应
R. Cairoa, E. Contea and G. Dentea
卡拉布里亚大学，Dipartimento di Difesa del Suolo, Rende (CS), 意大利
摘要：本文提出了一种方法来分析在非线性土壤条件下单桩的地震响应。它是基于文克尔地基模型的制定时领域,利用Ramberg-Osgood所描述的p-y曲线关系。这项分析指的是一堆嵌在两层土壤与不同的剖面图锋利的刚度的对比。利用意大利的地震记录作为数据。对比桩的计算弯曲时刻来获得使用其他理论的解决方案。
关键词: 土桩交互、弯矩、非线性行为。
正文：桩的地震行为分析是受桩之间相互作用,土壤和支持结构这类复杂问题强烈影响的。特别是,桩会对地震荷载发生反应，主要包括土壤中波传播,还有涉及反射、折射和辐射阻尼现象。这个加载模式是一个三维问题，而且地震波传播具有不同方向和不同的入射角度。除此之外,在剧烈的地震震动下,桩会以一种非线性的方式运动,土壤会发生塑性变形和桩分离(裂缝),可能发生滑动和摩擦现象。
在这种情况下,一个能够结合土壤结构的各个方面相互作用问题的全面严谨的解绝方案是极其难以实现。有限元方法[1 - 5] ，尽管它很贵,而且需要复杂的边界条件来模拟辐射阻尼，但是它提供了最强大的和最通用的方法来分析土壤结构的相互作用,并且考虑了土的非线性和非均质性。
从计算的观点来看,更有效的方法是边界元法(6 - 8)。它需要少得多的离散化而且能自动满足波向无穷传播的条件。这种方法通常是制定在频域中。原则上,这方法在假设的线性行为下是有效的。
在近似的方法中,基于文克尔地基模型的方法[9 - 11]揭示很准确,尽管需要良好的计算工作量。
从时间域的表述来看, 通过使用单位荷载传递曲线的方法(也称asp-y曲线)，常用土壤的非线性来限制桩周围的内部(16 - 18)。允许的土壤的非线性行为很容易达成(12 - 15)。
在文章中，由康特和丹特发展起来的温克勒构想得到了评估，单桩的地震反馈也得到了研究。
假定土壤表现为线性粘弹性介质或非线性材料。在这方面,本文引用了建立在Ramberg-Osgood模型之上的p-y曲线。这项分析重点关注有着锋利的刚度的土层和单桩响应的最大弯矩的影响。该方案被采用，地震运动被作为RELUIS研究项目的一部分。
数析法：该方法(图1)假设桩为一个线性弹性梁，长度为L，直径为d,离散成段由弹簧和阻尼器连接到周围的土壤,提供在横向方向上的相互作用力。弹簧的刚度k与土壤模数有关;系数为c的阻尼器,是由所选材料和辐射阻尼所决定。相关土壤属性有剪切模量G5,泊松比v5和质量密度ps，随着深度变化而改变。
图1所示。在这项研究中使用的文克尔地基模型。
无穷小元素的动态平衡桩表示为
其中t是时间,E的杨氏模量桩，I是桩的惯性矩，m是桩单位长度的质量，yt是桩的总位移，y是桩的相对位移，p是方程提供的土壤反应桩的长度单位。
其中yff是土壤在规定的深度和时间下声波测地位移。刚度K可以表示为：
其中Gs取决于应变波传播引起的水平，这样直接满足非线性效应条件。在假设的线性土壤的行为下，Gs伴随着微小应变剪切模量Go. 系数 [13]是一个函数的EI / ESL4灵活性因素,桩长细比L/d, Es为土壤的杨氏模量。
土壤的非线性和滞后行为是根据Ramberg—Osgood本构定律[19],骨架曲线由以下
提供
其中y 和t为剪切应变和剪切应力，相互独立。yy 和 ty是它们的相关价值，等价于Go，这一比率约表明当重大偏离线性开始发生，参数a和R决定x - y曲线的形状,可以评估实现实验数据的最佳匹配。Masing规则被用来来描述磁滞回路的卸载和重新加载分支。
土壤反力Pi导致辐射阻尼,可以用发表的文献(研讨会)的关系表示。桩响应的不同配方的辐射阻尼的影响细节在这里并没有出现，而是在别的地方出现。
为了阐释在弹性土壤条件下的材料阻尼，Voigt黏性阻尼表示为：
其中表示为土壤沉淀的自然频率，Bs为土壤的阻尼系数。
用计算特征方法，声波测井位移在任何时间和深度是首先计算的。Eq.1是数值求解得到的反应桩的横向位移。
案例研究和结果：
这项研究分析的是指一个长度= 20米,直径d = 0.6 m的单定点桩,杨氏模量E = 2.5rsquo;107 kN / m2,质量密度p = 2.5毫克/立方米(图2)。该桩嵌入在一个两层土壤之中的更坚硬的基石。层的厚度总共为15米;Vs 1和Vs2分别为上层和较低层的剪切波速度,另外,泊松比,质量密度和土的阻尼比分别为:v.y = 0.4,pj = 1.9 Mg / m3,P / O.10。岩石的剪切波速度是1200米/秒。较低的层的剪切波速Vsi保持不变,等于400 m / s,而Vs \被认为是两个不同的值,即100 - 150 m / s。基础上平均剪切波速F53o，结果为160和218 m / s,根据Eurocode 8 [25].可以将土壤的两个剖面图分为地面D和C型。意大利地震记录[26],扩展到0.35 g,作为岩石激发作用，假定完全由垂直传播横波组成。
图二.土桩系统
第一次检查线性弹性行为的土壤，给出了桩响应的沿桩最大弯矩的轨迹。图3显示了在1976Friuli (A-TMZ000), 1980 Irpinia (A-STU270), and 1997 Umbria- Marche (A-AAL018)地震中考虑三种不同的加速度的结果记录图。
本研究计算结果与Cairo和 Dente的边界元方法相比 [6]。虽然方法不同,但结果是非常一致的。正如所料,弯矩图表现出明显的峰值是在两层之间的接口中。根据刚度对比(Vs2/Vsi=4，D类剖面; F52/^i=2.67，C类剖面)和考虑地震作用，在桩头相应的值大于桩的弯矩。
非线性分析也采用土壤提供的数据执行Maiorano et al。[27],出现在在图4所示的Gs / G0-y曲线中，这些数据中，Ramberg-Osgood模型中参数a和R在假设下得到的参考，应变yy软粘土的上层和下层砾石层分别是0.5%和0.067%。具体来说，黏土=19.89，R=2.33，砾石=17.11，R=2.09.
图3.在不同的地震波和两个土壤剖面沿桩的弯矩轨迹。
在非线性土壤条件下，桩的地震响应,见图5。相比较而言, Maiorano et al. [27]使用有限元法，计算出的层界面和桩头也会显示出来。像线性弹性的解决方案一样,弯矩图提供了一个在两层之间的接口的峰值。然而,部分桩嵌在上面的软层表现出更严重的弯矩。
最后,值得注意的是, 除了图5 c在非线性分析揭示得不那么繁琐，线弹性分析会导致低估了在桩的最大弯矩。
图4. 模量降低曲线
结论：提出了一个方法来分析单桩在分层土壤的地震响应。它被阐述为在时域的dynamic-Winkler方法, 基于Ramberg-Osgood模型上利用非线性py曲线。意大利地震记录作为数据分析其运动。发现了其他现有的已被发表的程序和满意的结果之间的差异。此外,分析强调了包括土壤的非线性和滞后行为在地震作用下土壤结构的相互作用的重要性。
鸣谢：目前的工作是RELUIS研究项目“创新岩土系统”的设计方法的一部分,由意大利民防部门(DCP)和意大利岩土工程协会(AGI) 协调完成。作者要特别感谢DPC和项目团队协调人
图5.沿桩的弯矩的轨迹
参考文献：
1. G. W. Blaney, E. Kausel and J. M. Roesset, 'Dynamic stiffness of piles', Proc. 2nd Int. Conf. Num.
Methods in Geomech., Blacksburg, 1976, pp. 1001-1012.
2. Y. X. Cai, P. L. Gould and C. S. Desai, 'Nonlinear analysis of 3-D seismic interaction of soil-pilestructure
systems and application', Eng. Struct. 22, 191-199 (2000).
3. M. Kimura and F. Zhang, 'Seismic evaluation of pile foundations with three different methods
based on 3D elasto-plastic finite element analysis', Soils and Foundations 40, 113-132 (2000).
4. B. K. Maheshwari, K. Z. Truman, M. H. El Naggar and P. L. Gould, 'Three-dimensional finite
element nonlinear dynamic analysis of pile groups for lateral transient and seismic excitations', Can.
Geotech. J. 41, 118-133 (2004).
5. G. Wu and W. D. L. Finn, 'Dynamic nonlinear analysis of pile foundations using finite element
method in the time domain', Can. Geotech. J. 34, 44-52 (1997).
6. R. Cairo and G. Dente, 'Kinematic interaction analysis of piles in layered soils', ISSMGE-ERTC 12
Workshop 'Geotechnical Aspects of EC8', Madrid, 2007, paper No. 13.
7. A. M. Kaynia and E. Kausel, 'Dynamic behavior of pile groups', Proc. 2nd Int. Conf. Num. Meth. in
Offshore Piling, Austin, Texas, 1982, pp. 509-532.
8. S. M. Mamoon and P. K. Banerjee, 'Response of piles and pile groups to travelling SH waves',
Earthq. Eng. and Struct. Dyn. 19, 597-610 (1990).
9. M. Kavvadas and G. Gazetas, 'Kinematic seismic response and bending of free-head piles in layered
soil', Geotechnique 43, 207-222 (1993).
10.N. Makris and G. Gazetas, 'Dynamic pile-soil-pile interaction. Part II: lateral and seismic response',
Earthq. Eng. and Struct. Dyn. 21, 145-162 (1992).
ll.G. Mylonakis, A. Nikolaou and G. Gazetas, 'Soil-pile-bridge seismic interaction: kinematic and
inertial effects. Part 1: soft soil', Earthq. Eng. and Struct. Dyn. 26, 337-359 (1997).
12.M. H. El Naggar, M. A. Shayanfar, M. Kimiaei and A. A. Aghakouchak, 'Simplified BNWF model
for nonlinear seismic response analysis of offshore piles with nonlinear input ground motion
analysis', Can. Geotech. J. 42, 365-380 (2005).
13.T. Kagawa and L. M. Kraft, 'Lateral load-deflection re
全文共7978字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[143542]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
