[发明专利]一种考虑轴向力作用的大直径单桩水平振动分析方法

权利要求书

1.一种考虑轴向力作用的大直径单桩水平振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：引入如下假定条件，建立Pasternak分层地基轴向及水平力作用下大直径单桩水平振动分析模型：单桩桩体与桩周土的深度一致，均被纵向分为n层；所述假定条件包括：假定单桩桩体为圆形均质、等截面弹性体，采用Timoshenko梁模型；假定桩周土的每层土体均采用Pasternak地基模型；假定桩-土耦合振动模型满足小变形条件，桩土界面为完全接触且无相对滑动；假定桩底为固端约束；

S2：根据Timoshenko梁和Pasternak地基模型理论建立分层桩身单元的动力平衡方程，所述动力平衡方程对应的表达式为：

式中，分别为第j层段桩身质点的水平位移和截面转角；z为桩基沿深度的方向，p为代表桩的上标；A^p、G^p、E^p、I^p、m^p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；t为时间；N₀为作用在桩顶的轴向力；K'为剪力形状系数；第j层土的厚度、刚度系数、阻尼系数和地基剪切系数分别为h_j、和B₀＝0.9(1.5d+0.5)为桩的计算宽度对于和按如下公式确定：

式中，为第j层土的剪切波速；和分别为第j层土的弹性模量、密度、阻尼系数及泊松比；为无量纲频率，ω为激振圆频率；为第j层地基土的剪切层厚度，取值为d为桩径；

稳态振动中桩顶受简谐振动，桩体水平位移和转角简化为：

式中，为第j层桩身水平位移幅值，为第j段桩身截面转角幅值；

将式(5)分别代入式(1)得到如下方程：

式中，

M^p＝E^pI^p，J^p＝K'A^pG^p，S^p＝ρ^pI^pω²，

式(6)对应的特征根为得到第j层桩身水平位移幅值的位移通解：

其中，未知系数A_j1、B_j1、C_j1、D_j1的取值由桩顶和桩底的边界条件确定；

S3：求解步骤S2中所述的动力平衡方程以获取层状土中单桩水平振动分析参数，所述参数至少包括桩身的水平位移、弯矩、剪力及截面转角。