建筑抗震中單樁摩阻力動力效應研究

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1分析與討論

1．1樁側摩阻力隨時間的變化情況

為動力作用下樁側摩阻力的分布，可見，樁側負摩阻力沿深度先增大后減小，當達到一定深度后，樁側負摩阻力逐漸變為0，并轉換成正摩阻力．在本算例中，負摩阻力主要出現在0．35的樁長范圍內，該結果與徐兵和曹國福的部分試驗結果相同，另外，根據文獻的研究結果可知，中性點位置和巖土層參數有關；在正摩阻力階段，隨著深度的增加，樁側正摩阻力不斷增大．該趨勢與馬平等的試驗結果相同，驗證了本文數值計算結果的正確性．由于樁身沉降小于土體，產生樁周負摩阻力，而樁身壓縮變形和樁端沉降又使樁－土之間的相對位移發生變化，從而引起樁身中性點上移．正負摩阻力的消長使得樁－土間相互作用達到平衡，以至樁和土的相對位移不再發生變化．由于地震動力荷載的作用，樁側摩阻力不斷發生變化，將地震情況下的摩阻力分布與無地震情況進行對比，可以看出二者存在一定的差別，但是并非無地震情況下的摩阻力最小，而是當地震時間為6s時，樁側的負摩阻力和正摩阻力為最小值，分別為－12．73kPa，101．01kPa；當地震時間為3s時，樁側負摩阻力和正摩阻力均達到最大值，其中負摩阻力最大值為－31．08kPa，正摩阻力最大值為134．01kPa；其他地震時間內的摩阻力位于3s和6s的摩阻力之間．另外，隨著地震的持續進行，樁體和土體均在動力作用情況下發生相應位移，而二者之間的相對位移的變化情況隨地震歷時的不同而不同，從而導致中性點位置發生往復變化，從圖中可以看出，地震歷時在6s時，中性點位置與其他地震歷時的中性點位置差別較大．

1．2樁體軸力隨時間的變化情況

在中性點以上由于受到負摩阻力的影響，樁體軸力逐漸增大；樁體軸力最大值所在的位置與樁周負摩阻力為0的位置，即中性點處．在中性點以下位置，由于樁體沉降大于土體沉降，因此，樁身受到正摩阻力的影響，軸力減小．在地震荷載作用下，樁體軸力出現反復變化，當地震歷時3s時，樁體受到的軸力最大，此時最大的軸力為6665．70kN；而當地震歷時6s時，樁體受到的軸力最小，此時最大的軸力為5552．4kN．

1．3樁周土沉降隨時間的變化情況

數值為負值表示位移的方向向下，受到樁體摩阻力的作用，在樁體位置的土體由于作用于樁體的正摩阻力的反作用力，導致這些位置的沉降較大，如地震歷時3s和6s的情況；而由于負摩阻力的作用，導致在中性點以上的土體呈現被撐起的形狀，如地震歷時10s和20s的情況．由于地震荷載作用，土體沉降量發生明顯變化，但變化規律并不單調，這是由于地震波經歷過程中，對于土體的壓縮和拉伸作用交替進行，從而引起土體沉降量的減小和增大交替進行．對比無地震作用情況和有地震作用情況，可明顯看出，由于地震作用的存在，土體的位移明顯增大．另外，由于樁側摩阻力對于地表沉降產生一定影響，樁體對樁周土體產生向上的摩阻力，引起該部分地表土體沉降受到抑制．在樁側摩阻力、土體自重以及地震共同作用下，土體發生一定的沉降，最大的沉降量為103．8cm，發生在地震歷時15s時．土體沉降隨地震歷時而不斷變化，在地震歷時0～10s范圍內，地表沉降迅速增大，而在地震歷時10～15s時，地震沉降繼續增大，但增大的速度明顯減慢．當地震歷時持續到15～20s時，地表沉降逐漸減小，當地震歷時為20s時，地表沉降為91．4cm，仍遠大于無地震時的地表沉降22．5cm．

2結論

1）并非無地震情況下的摩阻力和軸力最小，而是當地震時間為6s時，樁側的摩阻力和軸力為最小值；當地震時間為3s時，樁側摩阻力和軸力均達到最大值．

2）隨著地震的持續進行，樁體和土體均在動力作用情況下發生相應位移，而二者之間的相對位移的變化情況隨地震歷時的不同而不同，從而導致中性點位置發生往復變化．

3）由于地震荷載作用，土體的位移明顯增大．土體沉降隨地震歷時而不斷變化，在地震歷時0～10s范圍內，地表沉降迅速增大；在地震歷時10～15s時，地震沉降繼續增大，但增大的速度明顯減慢；當地震歷時持續到15～20s時，地表沉降逐漸減小．

作者：郭春 彭振斌 單位：中南大學