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轴向临界荷载与屈曲:土-结构相互作用的精细化动力学

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:总体而言,桩端约束对于桩基各阶临界荷载Fcr均有不同程度的影响。图7.1给出了桩基静载屈曲的分岔现象以及相应的临界荷载。相反当轴向荷载超过其二阶临界荷载时,桩基存在三个不同的平衡状态:直线构型(不稳定)及第一阶和第二阶屈曲荷载对应的屈曲构型。由图7.2可知,临界荷载随Winkler参数K0的增大而增大。当Winkler参数K0进一步增大时,高阶临界荷载也呈迅速增大趋势。

轴向临界荷载与屈曲:土-结构相互作用的精细化动力学

如果将桩基屈曲构型函数表示为:ψi(z)=CΨi(z),那么可以得到:

对于给定的竖向荷载F,可以确定屈曲函数ψi(z)中的待定系数:

显然不同的参数T值对应不同的临界屈曲荷载Fcr。对于工程实际而言,软弱地基中的细长桩基的下端约束相对较弱,相应的动力响应相对明显。因此本章只考虑自由-铰支和自由-自由两种桩端约束情况。总体而言,桩端约束对于桩基各阶临界荷载Fcr均有不同程度的影响。实际上,随着桩端约束的减弱,各阶屈曲荷载均有一定的提高。当桩端为自由-铰支(自由)约束时,桩基存在多阶临界荷载,因此其静载屈曲存在多个分岔点。(www.xing528.com)

图7.1给出了桩基静载屈曲的分岔现象以及相应的临界荷载。可以看出,如果轴向荷载小于临界荷载Fcr,此时的桩基并没有发生屈曲现象,因此静载挠度为零(稳定)。相反当轴向荷载超过其二阶临界荷载时(F2=135.787(145.424)),桩基存在三个不同的平衡状态:直线构型(不稳定)及第一阶和第二阶屈曲荷载对应的屈曲构型。此外,当桩端为自由-自由约束时,相应的静载挠度随荷载增大迅速增大。

图7.1 桩基静载挠度的分岔图

(a)自由-铰支;(b)自由-自由

为了研究地基参数对桩基各阶临界荷载Fcr的影响,图7.2给出了前三阶临界荷载随Winkler参数K0的变化。可以看出,剪切参数K1使得相应的临界荷载有所增大。同时,桩端约束的放松导致各阶临界荷载增大。由图7.2可知,临界荷载随Winkler参数K0的增大而增大。实际上,当K0>100时,桩基的第一阶临界荷载迅速增大。当Winkler参数K0进一步增大时,高阶临界荷载也呈迅速增大趋势。值得指出的是,对于自由-自由约束,当Winkler参数K0=794(6310)时,桩基的第一阶和第二阶临界荷载没有明显差别。

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