土-结构相互作用中参数效应分析

桩基的自由振动、主共振及内共振等动力响应特性均由桩基的多个参数控制。基于运动方程，可以确定相应的主要参数：桩基的抗压刚度EA，抗弯刚度EI，弹性地基的Winkler参数k0和剪切参数k1等。为进行最少的数值计算并精确揭示各参数对桩基非线性动力响应的影响效应，需运用统计学方法并由Pareto图进行直观表述。系统动力响应的有效非线性系数可直观揭示其非线性动力响应特性，而且该系数仅与基本参数相关。因此，以有效非线性系数为目标响应进行分析，并且在数值计算时选取如下参数范围：EA∈（4.156×106k N，4.618×106kN）；EI∈（6.152×104k N·m2，6.836×104kN·m2）；k0∈（9.387×104k N/m2，1.043×105k N/m2）；k1∈（1.743×103k N，1.937×103k N）。基于以上参数，并且取桩基所受的轴向荷载为F=80，以自由-铰支（自由）的桩基为研究对象，运用Minitab得到各参数标准化效应的Pareto图。

(www.xing528.com)

图10.4　响应为有效非线性系数的Pareto图

图10.4给出了各参数对于桩基动力响应有效非线性系数的标准化效应Pareto图。由图可以看出，桩端约束为自由-铰支和自由-自由时，对有效非线性系数影响最显著的因素是桩基的抗压刚度EA，桩基抗弯刚度EI的影响效应略小于抗压刚度EA。实际二者之间的差异并不明显。对比不同约束情况时的标准化效应值可知，桩端约束的放松会弱化各参数对桩-土相互作用非线性动力响应的影响。然而，由图10.4还可知，弹性地基的Winkler参数k0和剪切参数k1对系统非线性响应的影响非常小。而且，弹性地基参数的影响效应均远低于标准化效应的临界值参考线（α=0.05）。因此弹性地基的影响效应基本可以忽略。