摘要：本文以郑州某三层地下空间的结构三维抗震时程分析为背景，就桩基等代弹簧的刚度、阻尼等静动力参数进行了计算分析和确定。基于三维有限元模型时程分析结果，论证了桩基等代弹簧动力参数的有效性，可为后续类似工程设计问题提供参考。
关键词：地下空间；结构抗震；时程分析；等代弹簧；
1、引言
对于较复杂的地下结构，时程分析法是非常适合的抗震分析手段。其中结构-土体相互作用参数是时程分析法的关键因素之一。桩-土相互作用的考虑是结构-土体相互作用分析的重要内容，存在两种处理方式[1]，一是将桩基作为结构的一部分，对桩基施加非线性弹簧，但是一般勘察报告不提供全面的动力参数；二是将桩作为结构的约束作用，采用多自由度等代弹簧来简化替代，基于一定的假设计算等代弹簧的静动力参数，郑一峰等[1]证明这种简化处理方法可满足工程精度要求。
2、工程背景
本文背景工程，采用一柱一桩设计，由于勘察报告中参数不全面，若将桩基作为结构的一部分，其动力参数的确定存在较大难度，故动力时程分析时将桩基简化为非线性弹簧施加在桩顶与结构连接处，以此反映桩-土相互作用的非线性动力特性。按规范要求，本工程结构仅考虑水平地震作用，但考虑大面积侧壁土体的约束，将忽略转动弹簧分量，本文就桩基等代弹簧的刚度及阻尼模型参数的确定过程进行分析。
3、桩基等代弹簧参数的确定
3.1 竖向拉压弹簧刚度
竖向等代弹簧，其拉压刚度不等，受压时有桩侧摩擦弹簧和桩底受压弹簧。本工程桩侧摩擦弹簧刚度确定，根据抗浮工况中，假定合适的位移目标(10mm)，通过迭代计算确定, 弹簧刚度=单桩抗拔力特征值/位移；迭代确定其中短桩的摩擦弹簧刚度ks=171460 kN/m，长桩的摩擦弹簧刚度kL=328420 kN/m。
桩底弹簧刚度根据勘察报告提供的基床系数换算，kb=Kv*A(A为弹簧的作用面积，一般取单位面积，此时kb=Kv)。
因此，桩基竖向抗拉弹簧刚度kT=kS (kL)，抗压弹簧刚度kC=kS (kL)+kb。
3.2、水平等代弹簧刚度
桩基水平等代弹簧的刚度定义为在桩顶施加单位力1作用下在桩顶处产生的变位的倒数。计算公式在《建筑桩基技术规范》的附录C中：
故桩的水平等代弹簧刚度为：K1=1/=2.19x105 kN/m；K2=1/=2.15x105 kN/m。
3.3、桩基等代弹簧的阻尼模型
等代弹簧的阻尼系数，按全结构瑞利阻尼假定来确定阻尼器系数[2,3]。
图1、结构角柱速度反应时程
该响应时程显示，结构速度反应最终趋于零，即结构恢复静止，表明阻尼模型有效。
另外从柱的速度和位移量和内力反应(篇幅有限，本文未给出时程曲线)，可以反映等代弹簧刚度是基本合理的。
基于本工程的计算分析，可以反映地下空间静动力分析时桩基采用等代弹簧计算时基本有效的，且在满足工程设计要求的前提下，可减小模型复杂度和计算时间，同时避免地勘报告缺少某些动力分析参数的问题。
参考文献：
[1]郑一峰，陈鑫，城市轨道桥梁桩基抗震简化模型的比较研究[J].震灾防御技术,2018.3,13(1),23-27.
[2]董军，邓洪洲，王肇民，结构动力分析阻尼模型研究[J]世界地震工程，2000.12，16(4)：63-69.
[3]闫慧琴,罗奇峰, 瑞利阻尼系数的确定方法对框架结构的地震响应影响分析[J]国际地震动态,2012.6,48(1),157-158.
论文作者:黄国发
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/19
标签：弹簧论文; 桩基论文; 刚度论文; 结构论文; 阻尼论文; 参数论文; 动力论文; 《防护工程》2019年10期论文;