建筑抗震中单桩摩阻力动力效应研究(共1810字)

１分析与讨论

１．１桩侧摩阻力随时间的变化情况

为动力作用下桩侧摩阻力的分布，可见，桩侧负摩阻力沿深度先增大后减小，当达到一定深度后，桩侧负摩阻力逐渐变为０，并转换成正摩阻力．在本算例中，负摩阻力主要出现在０．３５的桩长范围内，该结果与徐兵和曹国福的部分试验结果相同，另外，根据文献的研究结果可知，中性点位置和岩土层参数有关；在正摩阻力阶段，随着深度的增加，桩侧正摩阻力不断增大．该趋势与马平等的试验结果相同，验证了本文数值计算结果的正确性．由于桩身沉降小于土体，产生桩周负摩阻力，而桩身压缩变形和桩端沉降又使桩－土之间的相对位移发生变化，从而引起桩身中性点上移．正负摩阻力的消长使得桩－土间相互作用达到平衡，以至桩和土的相对位移不再发生变化．由于地震动力荷载的作用，桩侧摩阻力不断发生变化，将地震情况下的摩阻力分布与无地震情况进行对比，可以看出二者存在一定的差别，但是并非无地震情况下的摩阻力最小，而是当地震时间为６ｓ时，桩侧的负摩阻力和正摩阻力为最小值，分别为－１２．７３ｋＰａ，１０１．０１ｋＰａ；当地震时间为３ｓ时，桩侧负摩阻力和正摩阻力均达到最大值，其中负摩阻力最大值为－３１．０８ｋＰａ，正摩阻力最大值为１３４．０１ｋＰａ；其他地震时间内的摩阻力位于３ｓ和６ｓ的摩阻力之间．另外，随着地震的持续进行，桩体和土体均在动力作用情况下发生相应位移，而二者之间的相对位移的变化情况随地震历时的不同而不同，从而导致中性点位置发生往复变化，从图中可以看出，地震历时在６ｓ时，中性点位置与其他地震历时的中性点位置差别较大．

１．２桩体轴力随时间的变化情况

在中性点以上由于受到负摩阻力的影响，桩体轴力逐渐增大；桩体轴力最大值所在的位置与桩周负摩阻力为０的位置，即中性点处．在中性点以下位置，由于桩体沉降大于土体沉降，因此，桩身受到正摩阻力的影响，轴力减小．在地震荷载作用下，桩体轴力出现反复变化，当地震历时３ｓ时，桩体受到的轴力最大，此时最大的轴力为６６６５．７０ｋＮ；而当地震历时６ｓ时，桩体受到的轴力最小，此时最大的轴力为５５５２．４ｋＮ．

１．３桩周土沉降随时间的变化情况

数值为负值表示位移的方向向下，受到桩体摩阻力的作用，在桩体位置的土体由于作用于桩体的正摩阻力的反作用力，导致这些位置的沉降较大，如地震历时３ｓ和６ｓ的情况；而由于负摩阻力的作用，导致在中性点以上的土体呈现被撑起的形状，如地震历时１０ｓ和２０ｓ的情况．由于地震荷载作用，土体沉降量发生明显变化，但变化规律并不单调，这是由于地震波经历过程中，对于土体的压缩和拉伸作用交替进行，从而引起土体沉降量的减小和增大交替进行．对比无地震作用情况和有地震作用情况，可明显看出，由于地震作用的存在，土体的位移明显增大．另外，由于桩侧摩阻力对于地表沉降产生一定影响，桩体对桩周土体产生向上的摩阻力，引起该部分地表土体沉降受到抑制．在桩侧摩阻力、土体自重以及地震共同作用下，土体发生一定的沉降，最大的沉降量为１０３．８ｃｍ，发生在地震历时１５ｓ时．土体沉降随地震历时而不断变化，在地震历时０～１０ｓ范围内，地表沉降迅速增大，而在地震历时１０～１５ｓ时，地震沉降继续增大，但增大的速度明显减慢．当地震历时持续到１５～２０ｓ时，地表沉降逐渐减小，当地震历时为２０ｓ时，地表沉降为９１．４ｃｍ，仍远大于无地震时的地表沉降２２．５ｃｍ．

２结论

１）并非无地震情况下的摩阻力和轴力最小，而是当地震时间为６ｓ时，桩侧的摩阻力和轴力为最小值；当地震时间为３ｓ时，桩侧摩阻力和轴力均达到最大值．

２）随着地震的持续进行，桩体和土体均在动力作用情况下发生相应位移，而二者之间的相对位移的变化情况随地震历时的不同而不同，从而导致中性点位置发生往复变化．

３）由于地震荷载作用，土体的位移明显增大．土体沉降随地震历时而不断变化，在地震历时０～１０ｓ范围内，地表沉降迅速增大；在地震历时１０～１５ｓ时，地震沉降继续增大，但增大的速度明显减慢；当地震历时持续到１５～２０ｓ时，地表沉降逐渐减小．

作者：郭春 彭振斌 单位：中南大学