• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

土-桩-钢框架结构动力相互作用特征研究

陆新宇 景立平 余佳科 王展 齐文浩

陆新宇,景立平,余佳科,王展,齐文浩,2022. 土-桩-钢框架结构动力相互作用特征研究. 震灾防御技术,17(4):643−650. doi:10.11899/zzfy20220404. doi: 10.11899/zzfy20220404
引用本文: 陆新宇,景立平,余佳科,王展,齐文浩,2022. 土-桩-钢框架结构动力相互作用特征研究. 震灾防御技术,17(4):643−650. doi:10.11899/zzfy20220404. doi: 10.11899/zzfy20220404
Lu Xinyu, Jing Liping, Yu Jiake, Wang Zhan, Qi Wenhao. Research on Dynamic Interaction Characteristics of Soil-pile-steel Frame Structure[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2022, 17(4): 643-650. doi: 10.11899/zzfy20220404
Citation: Lu Xinyu, Jing Liping, Yu Jiake, Wang Zhan, Qi Wenhao. Research on Dynamic Interaction Characteristics of Soil-pile-steel Frame Structure[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2022, 17(4): 643-650. doi: 10.11899/zzfy20220404

土-桩-钢框架结构动力相互作用特征研究

doi: 10.11899/zzfy20220404
基金项目: 中国地震局工程力学研究所基本科研业务专项(2019B10)
详细信息
    作者简介:

    陆新宇,男,生于1995年。博士研究生。主要从事土-结构动力相互作用方面的研究。E-mail:luxinyu@nuaa.edu.cn

Research on Dynamic Interaction Characteristics of Soil-pile-steel Frame Structure

  • 摘要: 利用振动台模型试验和有限元数值模拟的方法对土质地基-群桩-钢框架结构体系动力相互作用的规律和特征进行研究,并讨论了基桩长径比对于体系动力相互作用特征的影响。试验地基土体模型为均匀粉质黏土,剪切波速约为213 m/s;群桩基础由9根长2.0 m、直径0.1 m的基桩3×3对称布置;上部结构模型简化为三层钢框架结构。本文研究结果表明:土-桩-钢框架结构体系的阻尼比相较固定基础情形有所增加,输入相同地震动时其地震反应小于固定基础情形;动力相互作用体系中运动相互作用的贡献与惯性相互作用相当,不应忽略;随着基桩长径比的增大,运动相互作用增大,钢框架结构的加速度反应增大。
  • 图  1  土体-群桩-钢框架结构体系模型

    Figure  1.  Model of the soil-pile-steel frame structure system

    图  2  加速度传感器布置图

    Figure  2.  Layout of acceleration sensor

    图  3  试验输入地震动加速度时程及反应谱

    Figure  3.  Acceleration time history and response spectrum input in the test

    图  4  土-桩-钢框架结构体系模型的频率响应函数

    Figure  4.  Frequency response function of soil-pile-steel frame structure system model

    图  5  固定基础钢框架结构模型的频率响应函数

    Figure  5.  Frequency response function of fixed steel frame structure model

    图  6  钢框架结构加速度放大系数曲线

    Figure  6.  Acceleration amplification factor curve of the steel frame structure

    图  7  承台加速度响应对结构顶部加速度响应的相干函数

    Figure  7.  Coherence function of acceleration response of pile cap to structure top

    图  8  承台加速度响应对振动台加速度输入的相干函数

    Figure  8.  Coherence function of acceleration response of pile cap to shaking table input

    图  9  有限元模型示意图

    Figure  9.  Schematic diagram of the finite element model

    图  10  数值计算和模型试验所得到加速度放大系数曲线

    Figure  10.  Acceleration amplification factor curve of the result from numerical calculation and model test

    表  1  白噪声法求得试验模型的自振特性

    Table  1.   Natural vibration characteristics of experimental model by white noise method

    测试时刻土-桩-钢框架结构体系模型 固定基础钢框架结构模型
    自振频率/Hz阻尼比自振频率/Hz阻尼比
    试验开始前4.930.185 4.960.096
    试验结束后4.630.1864.830.124
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    表  2  有限元模型材料参数

    Table  2.   Material parameters of the finite element model

    材料参数土体基础-混凝土钢框架结构-梁、柱以及底板钢框架结构-楼板钢框架结构-侧墙
    密度/kg·m3180025607850362592700
    弹性模量/MPa2041909521000021000070000
    泊松比0.250.200.250.250.33
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    表  3  不同基桩长径比模型的承台处加速度放大系数和相干函数比

    Table  3.   Acceleration amplification factor at the cap and coherence function ratio of different pile aspect ratio models

    长径比 承台处加速度放大系数 相干函数比
    12 1.49 1.20
    16 1.56 1.19
    20 1.59 1.19
    24 1.61 1.18
    28 1.62 1.16
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-18
  • 刊出日期:  2022-12-31

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