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基于P-Y曲线模型的桩基非线性性状分析研究 学科专业： 岩土工程 授予学位： 硕士 学位授予单位：武汉理工大学 学位年度：2005
对承受水平荷载或力矩作用的桩基静、动力学特性的研究已越来越受到各国学者广泛的重视。海洋平台等近海工程的桩基经常受到波浪荷载、冰荷载和风荷载等强烈环境荷载的联合作用，因而承受着较大的水平荷载，可能发生较大的水平变位。对于水平静荷载及循环荷载，P—Y曲线法是一种能较好地反映桩基非线性变形特性的方法。此外，在高、重、大建筑物的抗震计算中，桩基水平振动的分析计算是整个抗震设计的核心。仅仅从静力角度的分析己不能满足工程设计的要求，桩基的横向动力特性己受到了越来越普遍的关注。在动态问题中，不仅需要知道水平位移及应力的变化规律，而且还要研究静态问题中所没有的频率相关性、共振现象和其它复杂的非线性特性。在近海工程与海港工程中大量采用的桩基结构物在恶劣海况的强烈动苟载作用下会进入非线
性状态并危及结构物的安全。因此，有必要对在动荷载作用下桩的非线性特性给予高度的重视，并深入开展这方面的研究。
本论文运用非线性动力学原理，对在横向力作用下单桩的非线性力学模型进行分析，从而找出对在横向力作用下单桩力学行为起主导作用的因素。理论分析与数值模拟的有机结合即可说明理论的合理性，也可证实数值模拟的可靠性。
本文的研究工作及特色如下：
(1)研究了桩一土相互作用性状，重点论述了P—Y曲线作为桩周土模型的计算方法。正确模拟桩周土的性态并有效的考虑其对桩的反应的影响，分析和选取适当的桩周土模型，如连续介质解析理论方法、文克尔地基梁模型法、有限元和边界元理论方法、P—Y曲线方法等。
(2)探讨了水平承载单桩与群桩的分析计算方法，计算和分析经由上部结构向桩基础传递的或由土压力施加于桩基础的水平荷载作用下桩基础的变位及承载力等。
(3)探讨了如何利用P—y曲线求解水平承载桩变位、转角、弯矩和桩身剪力等，分析P—Y曲线法和弹性地基反力法的区别，研究P—Y曲线法在水平承载桩汁算中的特点，同时寻求选取P—y曲线计算参数的正确方法。
(4)研究了水平荷载下群桩的P—Y曲线折减系数等分析计算方法。水平荷载作用下群桩基础的工作性状和单桩有较大不同，主要表现在群桩中各桩间距小于临界桩间距时，群桩中各桩通过桩间土相互作用会产生群桩效应。
(5)研究了在桩顶部承受横向动荷载、动弯矩及有阻尼非线性弹性土体共同作用下，具有非线性本构关系的基桩横向振动的混沌运动。首先假设基桩的材料是服从某种关系的粘弹性材料，其中，材料的弹性是三次非线性的，而粘性是线性的，并导出了分析基桩非线性动力学行为的控制方程——非线性偏微分方程；然后采用Galerkin方法对控制方程进行简化，得到了一个简化的动力学系统；应用动力学系统中的数值方法，得到了不同参数时基桩运动的时程曲线、相平面图、功率谱图、Poincare截面图和分岔混沌图等。结果表明，当桩身阻尼、桩周土阻尼较小、桩周土较软弱和桩较短时，横向振动的非线性粘弹性桩可以呈现周期运动、准周期运动、分岔或混沌运动。