建筑抗震中單樁摩阻力動(dòng)力效應(yīng)研究

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1分析與討論

1．1樁側(cè)摩阻力隨時(shí)間的變化情況

為動(dòng)力作用下樁側(cè)摩阻力的分布，可見，樁側(cè)負(fù)摩阻力沿深度先增大后減小，當(dāng)達(dá)到一定深度后，樁側(cè)負(fù)摩阻力逐漸變?yōu)?，并轉(zhuǎn)換成正摩阻力．在本算例中，負(fù)摩阻力主要出現(xiàn)在0．35的樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，該結(jié)果與徐兵和曹國(guó)福的部分試驗(yàn)結(jié)果相同，另外，根據(jù)文獻(xiàn)的研究結(jié)果可知，中性點(diǎn)位置和巖土層參數(shù)有關(guān)；在正摩阻力階段，隨著深度的增加，樁側(cè)正摩阻力不斷增大．該趨勢(shì)與馬平等的試驗(yàn)結(jié)果相同，驗(yàn)證了本文數(shù)值計(jì)算結(jié)果的正確性．由于樁身沉降小于土體，產(chǎn)生樁周負(fù)摩阻力，而樁身壓縮變形和樁端沉降又使樁－土之間的相對(duì)位移發(fā)生變化，從而引起樁身中性點(diǎn)上移．正負(fù)摩阻力的消長(zhǎng)使得樁－土間相互作用達(dá)到平衡，以至樁和土的相對(duì)位移不再發(fā)生變化．由于地震動(dòng)力荷載的作用，樁側(cè)摩阻力不斷發(fā)生變化，將地震情況下的摩阻力分布與無(wú)地震情況進(jìn)行對(duì)比，可以看出二者存在一定的差別，但是并非無(wú)地震情況下的摩阻力最小，而是當(dāng)?shù)卣饡r(shí)間為6s時(shí)，樁側(cè)的負(fù)摩阻力和正摩阻力為最小值，分別為－12．73kPa，101．01kPa；當(dāng)?shù)卣饡r(shí)間為3s時(shí)，樁側(cè)負(fù)摩阻力和正摩阻力均達(dá)到最大值，其中負(fù)摩阻力最大值為－31．08kPa，正摩阻力最大值為134．01kPa；其他地震時(shí)間內(nèi)的摩阻力位于3s和6s的摩阻力之間．另外，隨著地震的持續(xù)進(jìn)行，樁體和土體均在動(dòng)力作用情況下發(fā)生相應(yīng)位移，而二者之間的相對(duì)位移的變化情況隨地震歷時(shí)的不同而不同，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)位置發(fā)生往復(fù)變化，從圖中可以看出，地震歷時(shí)在6s時(shí)，中性點(diǎn)位置與其他地震歷時(shí)的中性點(diǎn)位置差別較大．

1．2樁體軸力隨時(shí)間的變化情況

在中性點(diǎn)以上由于受到負(fù)摩阻力的影響，樁體軸力逐漸增大；樁體軸力最大值所在的位置與樁周負(fù)摩阻力為0的位置，即中性點(diǎn)處．在中性點(diǎn)以下位置，由于樁體沉降大于土體沉降，因此，樁身受到正摩阻力的影響，軸力減?。诘卣鸷奢d作用下，樁體軸力出現(xiàn)反復(fù)變化，當(dāng)?shù)卣饸v時(shí)3s時(shí)，樁體受到的軸力最大，此時(shí)最大的軸力為6665．70kN；而當(dāng)?shù)卣饸v時(shí)6s時(shí)，樁體受到的軸力最小，此時(shí)最大的軸力為5552．4kN．

1．3樁周土沉降隨時(shí)間的變化情況

數(shù)值為負(fù)值表示位移的方向向下，受到樁體摩阻力的作用，在樁體位置的土體由于作用于樁體的正摩阻力的反作用力，導(dǎo)致這些位置的沉降較大，如地震歷時(shí)3s和6s的情況；而由于負(fù)摩阻力的作用，導(dǎo)致在中性點(diǎn)以上的土體呈現(xiàn)被撐起的形狀，如地震歷時(shí)10s和20s的情況．由于地震荷載作用，土體沉降量發(fā)生明顯變化，但變化規(guī)律并不單調(diào)，這是由于地震波經(jīng)歷過(guò)程中，對(duì)于土體的壓縮和拉伸作用交替進(jìn)行，從而引起土體沉降量的減小和增大交替進(jìn)行．對(duì)比無(wú)地震作用情況和有地震作用情況，可明顯看出，由于地震作用的存在，土體的位移明顯增大．另外，由于樁側(cè)摩阻力對(duì)于地表沉降產(chǎn)生一定影響，樁體對(duì)樁周土體產(chǎn)生向上的摩阻力，引起該部分地表土體沉降受到抑制．在樁側(cè)摩阻力、土體自重以及地震共同作用下，土體發(fā)生一定的沉降，最大的沉降量為103．8cm，發(fā)生在地震歷時(shí)15s時(shí)．土體沉降隨地震歷時(shí)而不斷變化，在地震歷時(shí)0～10s范圍內(nèi)，地表沉降迅速增大，而在地震歷時(shí)10～15s時(shí)，地震沉降繼續(xù)增大，但增大的速度明顯減慢．當(dāng)?shù)卣饸v時(shí)持續(xù)到15～20s時(shí)，地表沉降逐漸減小，當(dāng)?shù)卣饸v時(shí)為20s時(shí)，地表沉降為91．4cm，仍遠(yuǎn)大于無(wú)地震時(shí)的地表沉降22．5cm．

2結(jié)論

1）并非無(wú)地震情況下的摩阻力和軸力最小，而是當(dāng)?shù)卣饡r(shí)間為6s時(shí)，樁側(cè)的摩阻力和軸力為最小值；當(dāng)?shù)卣饡r(shí)間為3s時(shí)，樁側(cè)摩阻力和軸力均達(dá)到最大值．

2）隨著地震的持續(xù)進(jìn)行，樁體和土體均在動(dòng)力作用情況下發(fā)生相應(yīng)位移，而二者之間的相對(duì)位移的變化情況隨地震歷時(shí)的不同而不同，從而導(dǎo)致中性點(diǎn)位置發(fā)生往復(fù)變化．

3）由于地震荷載作用，土體的位移明顯增大．土體沉降隨地震歷時(shí)而不斷變化，在地震歷時(shí)0～10s范圍內(nèi)，地表沉降迅速增大；在地震歷時(shí)10～15s時(shí)，地震沉降繼續(xù)增大，但增大的速度明顯減慢；當(dāng)?shù)卣饸v時(shí)持續(xù)到15～20s時(shí)，地表沉降逐漸減小．

作者：郭春 彭振斌 單位：中南大學(xué)