确定出群桩中的桩-桩相互作用调整系数值后,可对系统中各基桩的非线性动力响应进行分析。从理论层面讲,系统非线性响应与其有效非线性系数直接相关。主共振是非线性动力响应中的一种重要现象,且在本书中已对单桩的主共振响应进行了深入研究。为直观描述群桩效应对各基桩动力响应的影响,本节以基桩的主共振响应为例进行数值计算。
图8.6给出了群桩效应对于基桩主共振响应的影响。可以看出,桩-桩相互作用调整系数增强桩基主共振响应硬弹簧特性。随着非线性响应硬弹簧特性增强,基桩在高幅值区域内(a1>0.004)响应幅值明显减小;而在低响应幅值区域则表现为响应幅值增大。从图8.6还可以看出,1#基桩与单桩的幅频响应曲线之间的差别并不显著,即群桩效应对主导桩的动力响应的影响效应相对较小。然而,从动桩受群桩效应影响明显,在工程实践中更需关注其动力响应特性。对比图8.6(a)和(b)中不同约束情况时基桩主共振响应曲线,桩基下端约束条件的放松弱化了群桩效应对非线性动力响应的影响效应。值得指出的是,虽然群桩效应折减了弹性地基系数,但是桩端约束为自由-自由时,2#基桩的主共振响应幅值的多值区域反而最大。
图8.6 群桩效应对于基桩主共振响应的影响
(a)自由-铰支桩;(b)自由-自由桩
表8.1 桩端横向位移(单位:mm)(www.xing528.com)
在群桩基础的横向动力响应研究中,工程中最直观的手段是观测桩端的横向位移。通过对比不同基桩的桩端横向位移,可以判定出群桩效应的影响。基于桩端横向位移在一个周期内的演化情况,可通过桩端位移的最大值及最小值之间差值来直观反映群桩效应对于群桩基础中各基桩的影响。表8.1列出了桩端横向位移在一个周期内的演化过程,其中调谐参数为σ=-0.01。总体而言,群桩效应导致基桩影响范围内弹性地基存在一定弱化,使得基桩水平承载力减弱且桩端横向位移增大。然而,1#基桩作为主动基桩,在桩-桩相互作用调整系数较小的情况下,在一个周期的演化过程中该桩端横向位移通常大于2#基桩的横向位移。值得注意的是,发生主共振响应时,桩端约束为自由-自由的基桩水平承载能力增强,端部横向位移显著小于自由-铰支约束基桩。
另一方面,在群桩基础的设计中,基桩自身承受剪力的能力也是一个重要指标。而且,考虑桩-桩-土动力相互作用时,相互作用效应导致群桩基础传入土场中的动能也可客观体现出基桩的受力性能。图8.7给出了群桩效应对于基桩剪力及土场吸收动能的影响情况。可以看出,对于自由-铰支约束基桩而言,群桩效应对于作用于桩身的剪力影响微弱,但其导致从动基桩传入土场的动能有明显增加。而且,如图8.7(a)所示,与单桩相比,群桩中作用于基桩桩身的剪力有所增大,只是程度微弱。然而,若放松桩下端的约束,则导致群桩效应对土场吸收的动能并无明显影响。此时,群桩效应会明显增强从动基桩(2#基桩)桩身在0.25 L和0.75 L附近处的剪力。对比两种约束情况时桩身的剪力和土场吸收的动能情况可知,桩下端约束条件放松导致桩身剪力和传入土场的动能均有显著减小。
图8.7 群桩效应对于基桩的剪力及土场吸收动能的影响
(a)自由-铰支桩;(b)自由-自由桩
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