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地震作用下桩基础简化计算方法 摘要：地震效应下桩基础的静态分析方法对于执业工程师是颇具吸引力的，因为 相比较于复杂困难的动态分析方法来说静态分析方法是较容易的。为了计算地震 荷载作用下桩基的内部反应，一种基于 “p-y”的地基反应的简化方法得到了逐 渐发展。这种方法包括两个主要步骤：第一，通过场地反应分析来获得沿桩方向 的竖向位移；第二，通过静载试验计算桩基的地面位移和桩顶的静力荷载。利用 拟静态分析方法推导了模拟桩侧土体位移和桩头静荷载分析的方法。单桩或群桩 于周围土体的相互作用通过双曲线 “p-y”来体现。这个方案首次推导应用于单 桩，考虑到由于土体于桩的相互作用降低了摩阻力于刚度，因此通过乘以相关系 数将方法拓展应用于群桩。本文所提出的简化计算方法得到的数值计算结果于文 献报告中的试验和数值结果进行了对比。通过比较可证明，该简化方法可确定地 震作用下桩基础上部结构侧向力引起的 “惯性”荷载和地面运动引起的 “运动” 荷载的响应。 关键词：桩基础；群桩；位移；地震作用。 简介 桩非常重要可以用于很多类型的结构和侧向荷载设计要素，因为桩基的抗震 性能对结构整体性支撑有显著影响。有证据表明群桩侧向倾覆可严重导致上部结 构丧失承载力和结构失效（Okamoto 1983;Nishizawa et al. 1984;EEFIT 1986; Mizuno 1987;Mizunoetal.1996;Tokinatsuetal.1996;Nikolaouetal.2001）。因此， 对于建立在地震地区的桩基础而言，地震作用对其设计使用年限内的承载力和变 形要求严重不利。 现在，地震评估土体与桩的互相作用是地震工程领域的一个主要研究课题， 抗震分析是评估地震发生期间和地震发生之后的两轴向和横向加载条件。对于工 程师而言，研究地震作用下桩基础的静态分析方法是颇具吸引力的，因为相比较 于复杂困难的动态分析方法来说静态分析方法是较容易的。 在过去的几年里，已经研究出一些简化计算方法来分析单桩和群桩，可用于 计算量较小的案例（Abghari and Chai 1995;Liyanapathirana and Poulos 2005; Poulos2006）.这些方法给出的计算结果往往与数学模型相一致（Novak 1974; MarkisandGazetas 1992;TabeshandPoulos2001）。 计算地震作用下桩基所受荷载的方法有两种：加在上部结构的侧向力引起的 静载荷载地震作用下地面运动引起沿桩长度方向的动载，这里假设上部结构所受 惯性力为零。这些简化方法虽然适用于弹性阶段和弹塑性阶段桩基的抗弯性评 价，但不适用于耦合荷载条件下对桩基作用的影响。因此，在本文中，通过静态 加载或侧向土压力对单桩或群桩的作用分析得到的基于 “p-y”地基反应的简化 模型。 该数学模型是由Liyanapathira a和Poulos在2005年提出的一个简化静态分 析方法的基础上推导出来的，该模型考虑了单桩的作用包括桩基对上部结构的作 用和桩于土体的相互作用的影响。 该问题在原理上于静载诱发地面运动相类似（图1），即使有其他复杂的特 殊情况也应该与其相一致（Poulos2006）。 图1 地震作用引起的地面运动剖面图 该方法包括两个主要步骤：首先是进行场地分析来获得沿桩方向的位移；其 次，基于桩身上每个节点沿桩方向的最大场地土体位移引起的静荷载分析和最大 地面加速度引起的桩头静荷载。 对于静载或动载加载，桩的侧向响应均是非线性的。当封闭解不存在时，考 虑这种非线性的桩基础响应是令人满意的。该方法的精确度通过已有文献中实验 结果和数值计算结果比较已得到核实。 基本假设 通常桩基础的设计，尽管动荷载对桩的作用很重要，但只考虑了惯性荷载的 影响（Gazetas 1984;Tazoh et al.1988;Masayuki and Shoichi 1991;Kavvadas and Gazetas1993;Mylonakis2001）。依据欧洲规范第五部分，桩的设计应满足两种加 载条件： （a）上部结构的惯性力以轴力、剪力和弯矩的形式作用在桩顶上。 （b）土体的变形由地震波引起，地震波可影响桩身的弯曲和横向变形。 现已有丰富的经验规范利用等效静态分析分析静载作用下桩的响应 （a类）， 没有明确可行的方法或程序计算预测动载作用下桩的变形和弯矩（b类）。 考虑到这两种