桩土结构相互作用对桩基组合结构振动控制影响

摘要：本文以桩-土-结构相互作用为研究对象，着眼于桩基组合结构振动控制，从桩基组合结构控制效果分析以及桩周土等效剪切波速影响分析这两个方面入手，围绕桩-土-结构相互作用对桩基组合结构振动控制这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。
关键词：桩土结构相互作用桩基组合结构振动控制效果等效剪切分析

本文以某工程项目建设过程中所应用组合桩基结构为研究对象，该组合桩基结构单体1设定为10层桩基结构，单体2设定为6层的框架结构。单体1与单体2质量参数均设定为20 t单位。在此基础之上，组合桩基结构单体1跨度为6 m单位，单跨10层单层层高设定为4 m单位，组合桩基施工过程中所涉及到的钢筋混凝土基础底板尺寸为8 m×8 m×0.2 m。在整个计算过程当中将检测想基底参数设定为-50 m状态，在此基础之上将控制器装置设定在该组合桩基结构单体2顶层位置，在Matlab编程及试算处理作用之下得出有关桩-土-结构相互作用对桩基组合结构振动控制相关问题的数据支持。本文试对其作详细分析与说明。

一、桩基组合结构控制效果分析

下图（见图1）给出了有关组合桩基结构在充分考虑桩-土-结构相互作用状态下以及不考虑桩-土-结构相互作用状态下所对应的地震响应时程以及控制力时程。在对两种状态反应时程进行分析与比较的过程当中可以明显观察到这样几个方面的特性：首先，在组合桩基结构充分考虑桩-土-结构相互作用状态下，与之相对应的单体1顶层位移参数及加速度峰值参数均较未考虑桩-土-结构相互作用状态下的单体1顶层位移参数及加速度峰值参数更高，此过程当中的顶层位移增长幅度基本可以忽略不计；其次，在组合桩基结构充分考虑桩-土-结构相互作用状态的情况下，单体1顶层加速度参数增长幅度表现为2％，与此同时单体2顶层位移状态下的峰值参数同样呈现出2％的增长幅度。与之相对应的是，单体2顶层加速度峰值参数呈现出了较为明显的下降趋势，极限状态下的加速度峰值参数下降百分比可达到12％。导致组合桩基结构地震响应及控制力时程曲线呈现出以上延伸趋势的最根本性原因在于：①.在组合桩基结构充分考虑桩-土-结构相互作用的情况下，组合桩基结构所在土体地震放大作用力以及基础摆动作用力的产生将在较短的时间内导致桩基结构单体1顶层位移参数及加速度峰值参数均呈现出明显提升趋势；②.在此过程当中，组合桩基结构中的单体2并不会受到来自于土体地震放大作用力以及摆动作用的影响，由此使得单体2成为组合桩基结构单体1的隔震作用实施载体，此种变化趋势将直接导致组合桩基结构中的最大位移参数呈现出较为显著的增长趋势，与之相对应的是持续降低的顶层最大加速度参数。从这一角度上来说，对于组合桩基结构而言，在主动控制过程当中不考虑桩-土-结构相互作用对于组合桩基结构自身而言是较为不利的。与此同时，从组合桩基结构的后期应用角度上来说，考虑桩-土-结构相互作用对组合桩基结构的影响使得位移趋势明显降低，且加速度相应同控制力反应敏感。
图1：组合桩基结构地震响应及控制力时程曲线示意图
（a）单体1顶层侧移时程趋势（b）单体1控制器层侧移时程趋势

（c）单体1顶层加速度时程趋势（d）单体2顶层侧移时程趋势

（e）单体2顶层控制力时程趋势（f）单体2顶层加速度时程趋势

二、桩周土等效剪切波速影响分析

相关实践研究研究表明：土体性质不仅仅关系到土体下部区域系统的质量系数与刚度系数，同时也与该区域内土体地震放大效应之间存在极为密切的联系。基于对现行建筑抗震结构设计规范标准中针对土层等效剪切波速的规定与分析，一般情况下可将其视作最为关键的影响因素来实现针对土体相对于组合桩基结构主动控制相关问题的影响。结合桩-土-结构相互作用的实施背景，在限定其他环境因素条件均保持稳定状态的前提下，相关工作人员能够针对组合桩基结构各单体顶层最大位移参数、最大加速度参数以及最大控制力参数伴随桩周土等效剪切波速变化相关趋势进行合理分析与构建，按照此种方式所构建的曲线

摘自：写毕业论文经典的网站www.udooo.com

示意图同样应当分桩-土-结构相互作用影响下以及桩-土-结构相互作用未影响下这两种情况进行综合考量。与之相对应的变化趋势示意图如下图所示（见图2）。在对三种变化曲线发展趋势进行分析与比较的过程当中可以明显观察到这样几个方面的特性：①.首先，在桩周土等效剪切波速基本维持在100m/s~550m/s范围内的情况下，结合对桩-土-结构相互作用因素的考量，组合桩基结构单体1以及单体2的顶层最大位移参数以及最大控制力参数均伴随着桩周土等效剪切波速的增长而呈现出了较为明显的下降趋势。与此同时，在等效剪切波速的该取值范围之内，随着剪切波速的增加，组合桩基结构中的单体1最大加速度参数呈现出下降趋势，而单体2最大加速度参数却呈现出明显的上升趋势；②.其次，在桩周土等效剪切波速取值在700m/s左右的情况下，组合桩基结构单体1及单体2三类曲线的变化趋势均表现出趋向于平缓状态的变化趋势，此过程当中整个组合桩基结构对于桩-土-结构相互作用的考虑也相对减少。从这一角度上来说，伴随着桩周土等效剪切波速的提升，桩-土-结构相互作用相对于整个组合桩基结构的影响逐渐趋向于平缓状态。特别是在桩周土等效剪切波速达到700m/s左右取值的情况下，组合桩基结构所在土体基本类型已转变为岩石或是坚硬土体，此种状态下桩-土-结构相互作用相对于组合桩基结构振动控制的影响基本可以不再考虑。
图2：桩周土等效剪切波速对组合桩基结构的影响趋势示意图
（a）桩周土等效剪切波速与组合桩基结构顶层位移变化趋势

（b）桩周土等效剪切波速与组合桩基结构顶层加速度变化趋势

（c）桩周土等效剪切波速与组合桩基结构顶层控制力变化趋势

三、结束语

本文重点提出并分析了一种全新的混合振动控制体系——组合桩基结构体系，并针对两框架结构构建作用下的组合桩基结构体系在考虑桩-土-结构相互作用情况下相对于桩基组合结构振动控制影响的相关问题做出了简要分析与说明，借助于相关变化趋势示意图，分析并得出了如下两个方面的结论：①.在主动控制过程当中不考虑桩-土-结构相互作用对于组合桩基结构自身而言是较为不利的。考虑桩-土-结构相互作用对组合桩基结构的影响使得位移趋势明显降低；②.桩周土等效剪切波速的提升使得桩-土-结构相互作用相对于整个组合桩基结构的影响逐渐趋向于平缓状态。达到700m/s左右取值的情况下，组合桩基结构所在土体基本类型已转变为岩石或是坚硬土体，桩-土-结构相互作用相对于组合桩基结构振动控制的影响基本可以不再考虑。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。