[发明专利]一种群桩动力响应和动力阻抗的分析方法和系统

说明书

本发明公开了一种群桩动力响应和动力阻抗的分析方法和系统，本发明考虑波浪荷载对群桩的影响进行了群桩动力稳定问题的研究，采用改进的Vlasov地基模型来计算地基反力，利用相互作用因子法和矩阵传递法相结合的方式建立主动桩和被动桩的动力稳定方程，得到了邻桩之间的动力相互作用因子和群桩阻抗，并对群桩的稳定性进行了参数分析。通过研究发现，波浪荷载的存在使得群桩的动力响应明显增大；群桩的动力阻抗和相互作用因子主要受土体的参数影响，但波浪荷载的存在会影响土体的一些参数；增大表层土体的弹性模量可以有效提高群桩阻抗；本发明中改进的Vlasov地基模型能够准确符合工程实际。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种基于相互作用因子叠加法计算群桩动力响应和动力阻抗的计算方法。

背景技术

目前，对于单桩在简谐荷载作用和冲击荷载作用下的动力稳定性问题的研究，在实际的工程中大多数的桩基都是以群桩的形式而出现的，常见的有2x2，3x3，6x6群桩等，在一些大型的结构中桩数可能会更多。相比于单桩来说，群桩的动力分析要复杂许多，不同于单桩仅需要考虑自身所承受的荷载作用，群桩中的桩基还要考虑其他相邻的桩基对其自身的影响作用，即群桩效应。考虑群桩效应就要涉及到桩-土-桩之间的相互作用问题，而在本发明中主要研究的是动力问题，因此主要是桩土之间的动力相互作用，分析土层中的桩土动力相互作用是进一步研究桩基动力响应的基础。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种群桩动力响应和动力阻抗的分析方法和系统，基于相互作用因子叠加法计算群桩动力响应和动力阻抗的计算方法。相互作用因子叠加法，推导过程简单，计算量小，是目前来说一种比较适合的计算群桩动力响应和动力阻抗的方法。之前的一些研究中普遍采用Winkler地基模型来模拟土体的抗力，但由于Winkler模型较为简单，简化太多，缺点也比较明显，因此在本发明的计算中考虑了土体之间的连续特性，采用了改进的Vlasov地基模型来计算土体的地基反力；以解决了上述背景技术中提出的问题。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种群桩动力响应和动力阻抗的分析方法，采用改进的Vlasov地基模型来计算地基反力；利用相互作用因子法和矩阵传递法相结合的方式，建立主动桩和被动桩的动力稳定方程，得到了邻桩之间的动力相互作用因子和群桩阻抗，并对群桩的稳定性进行了参数分析，得到群桩动力响应和动力阻抗。

优选地，本发明群桩动力响应和动力阻抗的分析方法，包括如下步骤：

(1)参数选取

桩-土-桩之间的动力相互作用是分析群桩动力响应的重要部分，通过对群桩之间动力相互作用的分析，得到主动桩-土-被动桩之间的关系，继续分析群桩的动力响应，而动力相互作用的分析首先要从主动桩开始；主动桩动力分析模型如下：

设定，N₀为桩顶的竖向静载荷，Q₀e^iwt为桩顶的初始水平简谐荷载，M₀e^iwt为桩顶的初始弯矩，f_z为波浪荷载，则：

其中：L为波长；T为波浪的周期，ρ为海水的密度取1030kg/m³；

g为重力加速度，取9.8m/s²；H为波高；α为相位角；z₁为水深，d_L为桩身入水深度，且不包括入土部分；J₁′为一阶第一类贝塞尔函数，Y₁′为一阶；

根据模型，得到土层的运动平衡方程为：