【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于楔形桩，具体涉及一种层状pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法。
技术介绍
1、楔形桩作为一种新型桩基础，因其自身承载能力高于同等长度的圆柱桩、能充分发挥桩身材料的工作性能、可降低施工成本等优点，被广泛应用于实际工程项目中。目前，在解决桩体水平振动动力响应问题时，为方便计算，桩周土体简化为winkler模型。winkler地基模型忽略了土的剪切效应，不能反映土体的连续性，使得计算结果在理论上不够严密。对于细长杆件桩基模型采用经典bernoulli-euler理论，该理论模型只考虑桩体弯曲变形，而忽略了剪切变形的影响。轴、横向力作用下基于pasternak地基模型考虑桩体剪切变形的楔形桩水平动力响应分析方法，目前尚未有系统的技术手段。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种层状pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，基于pasternak地基模型，将大直径楔形桩简化为timoshenko梁模型，同时根据桩体剪切变形和桩周土体剪切效应，在轴向压力二阶效应作用下分析桩-土耦合作用下大直径楔形桩水平动力响应，适用于轴向力和水平简谐激振力下大直径楔形桩水平动力响应问题，可为多向耦合荷载作用下楔形桩动力响应研究提供理论指导和参考作用；具有误差小的优点。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:
3、一种层状pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水
4、一种层状pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，具体包括以下步骤：
5、步骤1、构建基于pasternak地基模型的水平简谐激振作用下大直径楔形桩简化计算模型；
6、步骤2、定解问题，根据桩体剪切变形和桩周土体剪切效应，在轴向压力二阶效应作用下分析桩-土耦合作用下大直径楔形桩水平动力响应。
7、所述楔形桩满足如下假定：
8、1)楔形桩桩身为竖直、均匀圆形变截面锥体，且桩身截面直径随深度均匀变小，桩身简化为timoshenko梁模型；
9、2)桩侧土体简化为pasternak地基模型以描述桩-土相互作用；
10、3)桩-土模型系统各部分均满足小变形条件，桩土界面为完全接触且无相对滑动；
11、4)桩顶处仅发生水平位移，桩底处为固端约束。
12、所述步骤1所述简化计算模型具体为：
13、桩顶处施加水平简谐激振力q0为激振力幅值，n0为轴向作用力，ω为激振圆频率，t为时间；此外，第j层土的厚度、刚度系数、阻尼系数和地基剪切系数依次为hj、和桩长、桩径分别为l和d。
14、所述步骤2的具体步骤包括：
15、综合timoshenko梁和pasternak地基模型，得到第j(j为土层数，j＝1,2,...,m,...,n)层段桩身单元的动力平衡方程如下：
16、
17、式中：分别为第j层段桩身质点的水平位移和截面转角；ap、gp、ep、ip、mp分别为桩体截面积、剪切模量、弹性模量、截面惯性矩和单位长度质量；n0为作用在桩顶的轴向力；k'为剪力形状系数；为第j层地基土剪切刚度；b0＝0.9(1.5d+0.5)为桩的计算宽度；
18、对于和则按如下公式确定：
19、
20、
21、
22、式中：为地基土的剪切波速；es、ρs、ξs和υs分别为地基土的弹性模量、密度、阻尼系数及泊松比；为无量纲频率；λs为地基土剪切系数比，当λs＝0时可退化为winkler地基；地基剪切系数比取值范围在0.35～0.55；
23、桩体水平位移和转角可表示为：
24、
25、式中：为第j层桩身水平位移幅值，为第j段桩身截面转角；
26、将式(5)分别代入式(1)进一步得到如下方程：
27、
28、式中：
29、显然，式(6)为四阶线性常系数微分方程，其对应的4个特征根为则可得其方程位移通解为：
30、
31、其中：系数aj1、bj1、cj1、dj1的取值将由边界条件确定；
32、进一步地，联合式(7)和式(1)可得转角为：
33、
34、当桩体不发生剪切变形时(即jp→∞)，式(8)退化为bernoulli-euler理论解，即
35、将式(7)代入式(8)可得转角通解为：
36、
37、基于timoshenko梁理论，桩身弯矩、剪力与桩身水平位移相互关系为：
38、
39、
40、令则式(9)、(10)和(11)中待定系数表达为：
41、
42、式中：aj2、aj3、aj4、bj2、bj3、bj4、cj2、cj3、cj4、dj2、dj3、dj4为未知系数，由边界条件求得；
43、在第j段与第j+1段桩身截面处，桩的水平位移、转角、弯矩及剪力连续，即：
44、
45、则综合式(12)和式(13)可得系数矩阵方程组如下：
46、[fj(zj)]{tj}＝[fj+1(zj)]{tj+1} (14)
47、式中：
48、{tj}＝[aj1 bj1 cj1 dj1]t；
49、
50、由式(14)可得：
51、{tj+1}＝[fj+1(zj)]-1[fj(zj)]{tj} (15)
52、则由递推关系将第m段桩身对应系数矩阵{tm}可表示为：
53、
54、桩顶和桩底边界条件为：
55、
56、将系数表达式(12)代入式(17)化简可得：
57、
58、
59、联立式(16)-(18)，可求得式(7)中系数aj1、bj1、cj1、dj1的解析表达式为：
60、
61、式中：
62、基于式(19)所求系数aj1、bj1、cj1、dj1表达式，再根据递推公式(16)最终求出第m段桩身对应系数矩阵{tm}，进而求得桩身各段水平位移；根据桩身水平位移表达式，利用桩身弯矩、剪力与桩身水平位移之间的关系，可以求出桩身弯矩、剪力；
63、定义如下位移、弯矩、剪力无量纲包络值参量如下：
64、
65、式中：umax(z)、mmax(z)、qma本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种层状Pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，其特征在于，基于Pasternak地基模型，将大直径楔形桩简化为Timoshenko梁模型，同时根据桩体剪切变形和桩周土体剪切效应，在轴向压力二阶效应作用下分析桩-土耦合作用下大直径楔形桩水平动力响应。
2.根据权利要求1所述的一种层状Pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的一种层状Pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，其特征在于，所述楔形桩满足如下假定：
4.根据权利要求2所述的一种层状Pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，其特征在于，所述步骤1所述简化计算模型具体为：
5.根据权利要求2所述的一种层状Pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种层状pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，其特征在于，基于pasternak地基模型，将大直径楔形桩简化为timoshenko梁模型，同时根据桩体剪切变形和桩周土体剪切效应，在轴向压力二阶效应作用下分析桩-土耦合作用下大直径楔形桩水平动力响应。
2.根据权利要求1所述的一种层状pasternak地基中轴向力作用下的大直径楔形桩水平振动分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔春义，辛宇，刘方，李刚，傅少君，张鹏，刘海龙，赵九野，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：
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