超长桩基础拟动力模型实验研究.pdf

The Model Pseudo-dynamic Testing Study on Super-long Pile Foundation A Dissertation Submitted to the Graduate School of Henan University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Science By Gui Song Supervisor:Prof. Bao peng June, 2013 摘 要 伴随着国家经济的高速发展，我国高层及超高层建筑日益增多，对地基基础的要求 也越来越高，超长桩基础的运用变得更加广泛。但是目前对超长桩基础的性能研究，特 别是超长桩抗震性能方面的工作仍然很不到位，仅有的一些研究也主要集中在数值分析 等理论研究方面，对超长桩基础的抗震性能的实验研究则少见，不能满足实际工程的技 术需求。进行超长桩基础抗震性能的实验研究存在较多困难，如：需要资金多、持续时 间长、场地要求复杂、工作量大以及在现实工程中变量不易把握等。本文在参考以往学 者的理论分析结论下，通过超长桩模型实验的方式，力求将理论分析与模型实验相结合， 找出一些规律或结论，提出一些超长桩基础抗震性能的工程建议。主要研究内容如下： （1）设计出一套固定刚度的可移动砂箱，在砂箱内埋入砂土作为地基土，把超长 桩基础模型埋置在砂土中以模拟桩-土结构。本砂箱在拟动力地震波下可以提供一个相 对恒定的刚度，类似于实际地基土在地震下的响应情况。 （2）制作的超长桩基础模型是一个四桩-承台的形式，几何相似比为1:40。相当于 实际工程中Φ800mm、长度44000mm 的超长基桩和尺寸为8000mm×8000mm×1200mm 的承 台。 （3）采用拟动力实验法，通过和砂箱外侧相连的电液伺服作动器，输入地震波作 用，使砂箱整体跟动，带动箱内土体、基桩及承台随之响应。试验中通过作动器本身的 压力传感器及位移传感器、外接水平位移传感器、外接竖向位移传感器、桩身粘贴的电 阻应变片及埋置于土中的土压力计记录实验过程中模型及砂箱的响应情况。通过对实验 现象的观察，可以看出：整个系统工作稳定，弹簧支座一直处于弹性工作范围。在同一 震级的不同地震波下，砂箱、土体等的变化大概相同，但略有区别。随着地震震级的增 大，砂箱位移增大，土体隆起、凹陷幅度及裂缝宽度均随之增大。 （4）通过对不同地震波作用下的桩身应变数据进行分析，有如下现象：在所有地 震波作用下，沿基桩不同深度测点的应变变化规律基本相同：3 号、4 号和5 号测点应 变最大，1 号、6 号和7 号测点次之，8 号和9 号测点应变最小；地震波震级越大，各测 点发生的应变也越大。各测点在不同地震波下发生最大应变的时间不尽相同。对比地震 I 超长桩基础模型抗震性能拟动力实验研究 波加速度时程曲线，最大应变发生时刻与加速度最大的时刻没有表现出非常明显的一致 性。通过对土压力计记录的结果数据进行综合分析，可以得出：在不同震级的地震波作 用下，土压力值沿深度方向有此规律：砂箱底部竖向压力值最大，基桩中点处竖向土压 力次之，然后是桩尖和桩顶处，桩中点处的水平土压力最小；震级越大，土层各深度的 土压力均越大；在同一地震波作用下，各层土压力达到最大值的时间大致相同，但也有 所差别；土压力最大值发生的时间，基本上均为地震波位移峰值到来的时间相吻合，并 稍微有所滞后。 （5）通过对内力包络图的对比分析可以看出：在各种地震波作用下桩身的剪力最 大值和弯矩最大值的出现位置大致相同，只是包络图的走势略有差别：桩身内力值的改 变有时会跟随地震波峰值，表