最新土与结构相互作用分析基础精品课件.ppt

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1、12.1 概要 地震引起的场地运动将地震能量传递到结构，结构震动又将振动能量通过基础又辐射到地基上，改变场地的地震运动。 土与结构之间的相互作非常复杂，与场地和结构自身振动特性有关，而且基础形状、地震波输入条件等也会影响土与结构相互作用。 由于土的刚度比基础小，土与结构之间的相互作用结果使结构的振动能量辐射到土层中而产生阻尼效果，同时，场地中的地震波遇到基础表面后发生波的反射，减小结构吸收的有效地震能量比率，因此，。但也有一些情况会出现相反的结果，因为考虑相互作用以后结构的自振特性发生改变，当土与结构的自振特性接近时，不考虑相互作用的计算将会低估结构的地震响应，因此，在桥梁抗震设计时，考虑相互

2、的影响是十分必要的，只有当结构物直接建筑在岩石上时，由于岩石的刚度比较大，结构地震响应将完全取决于本身的动力特性和地震波输入，这时土与结构相互作用对结构震动响应的影响比较小，计算时可以不考虑。 地基动力刚度有时也常用质量弹簧阻尼模型来进行描述，把复数刚度K用弹簧刚度Ke和粘性阻尼Ce分开来表示，简谐振动的平衡条件为 （3）半无限场地上刚性基础的摇摆振动和水平振动特性 刚度和阻尼近似解 基础振动问题自1936年Reissner提出半无限场地上圆形刚性基础竖向简谐振动理论至今，已经展开了一系列的理论研究和实测工作，这些工作根据研究的对象和计算条件不同可以归纳出为如表所示的几类。基础方面地面直接基础

3、、埋入式直接基础、桩基础等圆形、矩形等单一基础、群桩基础刚性基础、弹性基础基础与土之间完全接触或考虑滑动、脱离等场地半无限弹性体层状场地不均匀场地粘弹性、弹塑性地基输入振动波体波、表面波不同传播方向不同输入位置产生的应变大小等 由于场地实际情况非常复杂，上述理想条件与实际很不一致。一般采用半经验、半理论的计算方法。 我国规范没有这一方面的计算规定，这里介绍日本规范的考虑方法。（1）：根据地表面覆盖层的厚度、弹性剪切波速分为三类（中国四类），I类场地为良好的洪积地基或岩层、III类场地为软弱地基。 ：在地基动力刚度计算中，水平方向的地基反力系数基准值为： （3） 直接基础的动力刚度按顺桥方向和横

4、桥方向分别计算，图示一个方向的地基刚度，由竖向变形刚度、水平变形刚度和回转变形刚度（即摇摆振动）组成，基础扭转变形刚度一般假定为固定约束，不考虑相对变形。（4）桩基础的地基动力刚度：根据土层情况计算分单层土和多层土场地两种情形，两种情形的计算原理基本一致，这里仅以单层土场地为例，给出地基变形系数的计算方法。 单桩多桩 单桩的轴向变形刚度根据下式计算得到： 单桩侧向变形刚度根据弹性地基梁理论计算得到，假定土的侧向变形系数为kh，土中桩的变形基本方程为： 解微分方程并根据两端的边界条件不难算出桩的侧移刚度和转角变形刚度。对于桩端，可以假定桩在土中埋入深度很充分，桩端的弯矩和剪切衰减为零，即当时，弯矩和剪力为零。对于桩顶，根据构造分刚接和交接两种形式。表中给出了桩的横向向变形刚度系数，其中，K1为桩头侧移变形刚度；K2和K3为桩头转动与侧移的耦合刚度，即发生单位侧向变形时的桩头弯矩；K4为桩头的转动刚度。 假定承台为刚性结构，可以得到桩基的地基刚度系数为（非零项）： 当桩有一定长度外露在地面时（这里假定为h），外露部分按梁单元考虑（即微分方程中kh=0），并根据上下部分桩的变形和内力连续条件计算外露部分桩的变形和内力，可以算出相应的刚度系数。 当场地为层状土时，只需要对各土层解方程，利用土层边界上桩的连续条件和桩两端的边界条件确定积分常数，可以算出桩顶的侧移刚度。