风洞荷载作用下桩基动力反应的数值模拟

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工程中的桩基础广泛的使用,是深基础结构形式的重要一种,不论是地下建设还是地上风洞厂房建设应用广泛。但动力作用下,桩-土相互作用体系极具复杂,所以现有的研究成果还不能完全满足工程设计需要,特别是在具有突加性和冲击性的动力荷载作用下,更没有成熟的理论方法可以应用到工程实际当中。因此,风洞荷载作用下厂房桩基础动力反应的意义在于能够通过计算手法呈现加载时动力特性、本构特性反应、特性规律,具有一定的学术意义和工程实用价值。本文主要内容是对风洞荷载作用下桩-土结构动力相互作用进行数值模拟研究,建立三维有限元模型,分析具有突加性和冲击性的风洞荷载作用下单桩及其群桩桩-土相互作用机理,主要研究如下:1、基于风洞荷载下桩-土动力模型,考虑桩土之间的耦合的阻尼效应,建立了修正的桩土接触动力本构模型,数值算例表明基于修正模型的动力响应曲线峰值低于原模型,且可以考虑能的耗散。2、基于桩-土三维计算模型,通过ABAQUS软件得出桩周土体的位移云图,呈“漏斗”形,分析距离桩体中心距离越近土体沉降量越大,距离桩体中心越远土体沉降越小,风动荷载前期冲击很强,刚开始加载时,土体的沉降量变化最快最大,随着时间的增加,冲击减小,位移变化差别也就不再明显。3、基于风洞荷载作用下,考虑影响桩-土动力响应桩体的桩体几何参数,分别控单桩桩长与桩径,分析了风洞荷载作用下桩体变形、应力规律、承载力、侧摩阻力等,计算模型表明,考虑能量耗散时修正模型响应曲线峰值低于原模型。4、在风洞荷载作用下群桩采用3×3的布桩方式,能量耗散时且桩体的位置不同计算结果也出现较大的差异,具体如下:分析桩基三个不同位置,中心桩,边桩,角桩的应力时程曲线、速度时程曲线和位移时程曲线,可以得知中心桩、边桩和角桩桩曲线形状基本吻合,应力幅值分布随时间成抛物线式,开始逐渐增大达到最值,随之逐渐减小。但是,角桩体的应力、速度和位移幅值最大,边桩桩体较大,中心桩体最小,变化规律成从中间桩往边桩再到角桩依次增大的趋势,而且,角桩的幅度最值时比中间桩体幅度最值多出15%-20%之间;通过对三个位置桩体的应力和变形分析,角桩的受到的剪力,轴力等幅度最值比中间桩的幅度最值多出25%左右,在实际工程设计中要予以角桩别的重视。
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