筒桩基础的地震反应分析.pdf

维普资讯

第20卷第2期东北地震研究Vo1．20NO．2

2004年6月SEISMOLOGICALRESEARCHOFNORTHEASTCHINAJLINe．2004

筒桩基础的地震反应分析*

董金明，刘春原，郝厉，刘平

(河北工业大学，天津300130)

摘要：本文基于Biot动力固结方程，在BDWF模型的基础上，通过等价线性迭代不断修正土体模量

以逼近土体的非线性动态响应，对建筑筒桩基础的地震反应进行了动力分析。为了分析筒桩基础的地震

反应，考虑桩一土一结构的动力相互作用，将桩一土一结构地震反应分析的空间体系简化为二维问题计

算。结果表明，简桩基础桩基相对桩基于桩基有较好的抗震性能，筒桩基础的柔性改善了结构的基本周

期。

关键词：地震响应；筒桩基础；结构一基础一土相互作用；等价体系；抗震性能

中图分类号：P315．9TU435文献标识码：A文章编号：1004—2865(2004)02—0008—07

0前言

通过基础与地基相连，结构一基础一地基构成相互依赖的体系，地震工程实践表明，土一结构

动力相互作用对上部结构的反应有重要的影响。筒桩基础是深基础中的一种形式，它能较好地适应

各种地质条件及各种荷载情况，由于具有承载力大，抗弯刚度大，稳定性好，沉降值小等特点，在

高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以及核电站工程中得到广泛应用。随着筒桩

基础工程的迅速发展和人类防震减灾的迫切需要，筒桩基础的抗震性能也成为关注的热点。然而，

由于筒桩是深入土层的中空筒型构件，筒桩基础的震害既与地基的地震反应有关，也与建筑结构本

身的振动有关，筒桩基础抗震问题因此变得十分复杂。筒桩基础抗震的理论研究还不够成熟，有待

于进一步探索。

近30年来，关于桩一土一结构相互作用的课题，提出了不少计算分析模型，主要有如下几种：

(1)集中参数模型。在基础上分别设置了与桩基水平位移和转动有关的水平弹簧KH、转动弹

簧KR，这种模型利用了线弹性的叠加原理，不能考虑土的非线性，比较简单，易于采用。日本建

筑学会(1992)以该模型为依据，提出了一种可以简化考虑桩一土动力相互作用的修正反应谱法。

该方法先用集中参数模型计算出桩一土一结构体系的固有周期和阻尼比，再用一般的反应谱进行计

算。陈幼平(1996)采用这种模型研究了天津永和桥的地震反应。

(2)动力Winklier地基梁模型。由．，．Penzien(1964)提出，该模型又称为BDWF模型

(BeanonDynamicWinklierFoundation)，它将桩简化为地基内Winklier梁，假设土体在任意点的

反力只与该点的位移成正比，桩周土体由分布的彼此相互独立的一系列弹簧和阻尼所代替，而桩体

*河北省自然科学基金项目(YKJ02--495)

收稿日期：2004—04

作者简介：董金明(1963、07)男，河北保定人、1992年毕业于天津红桥职大工民建专业，工程师，主要从事岩土工程研究工作

维普资讯

2期董金明等：筒桩基础的地震反应分析9

可用不同的方法来处理，如离散参数体系、传递矩阵方法和离散单元方法。通常，水平弹簧系数根

据Mindlin介质中位移应力解求出，水平阻尼系数的确定则采用Lysmer提出的建议，用粘性阻尼

器模拟波动能量向半无限场地土逸散。该模型的自由度较少，数据输人较简单，计算时间比较短，

可以近似考虑土体随深度的非线性变化，被广泛地应用于桩基的设计与分析中。例如Novak

(1978)、FloresBerP(1982)、王有为(1985)、Makris(1992，1995，1997)、Troch盘s

(1994)、黄杰民(1994)、E．L．Naggar(1994，1995，1996)、Mylonakis(1997)等相继开展