摘要：由于在近断层脉冲型地震下会极大影响建筑桩基稳定性，因此在分析建筑地桩沉降问题时，需要考虑到桩基础能量损耗问题，避免影响结果的可信度。通过建立碰撞沉降分析方法，有效处理碰撞回弹系数问题。通过工程实践证实，此种方法可以显著提升桩基沉降分析结果的可信度。
关键词：近断层脉冲型地震；建筑；地桩基础；沉降
在地震作用下极易导致建筑倒塌与人员伤亡事件，在技术进步发展过程中，人们注重总结与探索地震运动规律，针对近断层脉冲型地震作用提出建筑地桩基础沉降分析方法，此种分析方法可以有效解决传统方法中的沉降结果可信度问题，希望通过本文研究为相关人员起到参考性价值。
1、近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降分析
建筑在遭受到近断层脉冲型地震作用之后，会导致桩基础出现碰撞反应，此时就会破坏建筑结构或者结构部件。若产生严重碰撞问题，还会使桩基础产生严重沉降问题。建筑桩基础碰撞反应复杂度比较高，因此建立碰撞模型可以有效对桩基础陈建问题进行分析。在此次研究中，分析近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降问题时，比较分析了碰撞回弹系数法以及改进
碰撞沉降分析法，通过以上两种方法的比较分析，选择出最佳分析方法。
1.1碰撞回弹系数法
应用此种方法分析桩基础碰撞沉降问题时，需要应用到动量与能量守恒定律，根据碰撞物速度和损失的回弹系数明确沉降问题。因此应用碰撞回弹系数法分析时需要应用以下公式，在下式中，
、
——彭赚钱物体速度；
、
——碰撞后物体速度；
与
——物体质量；e——能量损失回弹系数。
……（1）
……（2）
……（3）
采用碰撞回弹系数法分析沉降问题时，没有考虑到桩基础结构变化和碰撞能量损失问题，因此限制因素比较多。，所以，基于碰撞回弹系数法提出新的分析方法，即改进的
碰撞沉降分析方法，以此分析桩基础沉降问题。
1.2改进
碰撞沉降分析法
建立
模型，将线性阻尼引入到沉降分析中，计算式如下：
……（4）
在上式中，k——线性碰撞时弹簧刚度；
——阻尼系数；
——相对沉降速度。
在
模型中，桩基础碰撞期间阻尼系数不变，在改进
模型中，主要是改变桩基础碰撞期间阻尼系数，以此加强桩基础沉降分析结果的准确性。
改进
模型桩基础碰撞沉降分析方法的表达式同（4），在（4）式中，与时间变化相关的阻尼系数为下式：
……（5）
在上式中，
——阻尼系数，在对（4）和（5）分析之后能够发现，改进
模型桩基础碰撞沉降分析方法能够改进桩基础碰撞过程中回弹能量损失问题。
在（5）式中，阻尼系数为待定参数，因此需要采用以下公式进行推导。物体在发生相互碰撞之后，运动能量损失如下：
……（6）
在以上公式中，建筑地基础出现碰撞之后，能量损耗主要由阻尼做功所致，此时就可以得到：
……（7）
在上式中，
、
——建筑桩基础碰撞时的阻尼消耗能量。
——桩基础相对沉降速度。图1为桩基础相对沉降速度。
图1 桩基础相对沉降速度
在图中能够看出，
表示桩基础碰撞开始时间，
表示最大沉降位移时间，
表示桩基础碰撞结束时间。在碰撞结束时，桩基础与碰撞开始时间的速度一致。
由于改进
模型桩基础碰撞沉降分析方法存在非线性阻尼项。此时会增加桩基础沉降速度与沉降位移的计算复杂度，此时就需要将其视为自由度体系振动，获得初始沉降位移表达式
，沉降速度表达式
。此时就可以应用自由度振动方程式：
……（8）
在上式中，m——自由度体系质量；c——线性阻尼系数，k——弹簧刚度。以此计算
和
关系。可以采用以下公式进行计算：
……（9）
……（10）
在上式中，
——自由度体系圆频率；r——阻尼比。
从以上分析能够看出，改进
模型桩基础碰撞沉降分析方法中阻尼系数具备良好的可信度，因此可以计算近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降位移情况。
2、实验分析
为了验证改进
模型桩基础碰撞沉降分析方法是否可以计算近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降位移情况，则需要建立线弹性桩基础碰撞沉降分析法，改进
模型桩基础碰撞沉降分析法模型，分析以上两种方法在断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降中的应用。所得出的桩基础沉降反应峰值如表1所示。
表1 桩基础沉降反应峰值
从分析结果能够看出，两类方法在其他沉降反应峰值变化比较小，只有在桩基础隔震层的沉降位移变化加速度方面存在显著差异。由于线弹性方法在分析桩基础碰撞沉降时没有分析能量损耗问题，此时所获取的加速度变化比较小，位移变化比较大。改进
模型桩基础碰撞沉降分析法考虑到能量损失问题，并且能够准确分析近断层脉冲型地震建筑桩基础沉降情况，且沉降反应峰值也具备较高的准确度。改进
模型分析法在分析桩基础沉降时应用时间比较短，因此改进
模型分析法可以准确分析桩基础在近断层脉冲型地震作用下的沉降问题。
为了分析改进
模型分析法在桩基础沉降分析中的应用作用，以碰撞回弹法作为对照，对比分析两种方法在桩基础沉降分析中的结果准确度。结果显示，应用改进
模型分析法对桩基础沉降进行分析时，不同桩基础层次下的沉降位移变化存在差异性，上部与中部沉降位移变化比较小，下层沉降位移变化比较大。随着地震周期的不同，下层曲线沉降位移变化幅度比较大。随着地震周期的不同，桩基础上部与中部沉降位移波动情况比较小，从上述分析能够看出，改进
模型分析法在桩基础沉降分析中具有较强稳定性。
随着地震周期的变化，碰撞回弹法沉降位移变化量处于大波动状态，此时所得到的桩基础沉降位移变化结果的准确度比较低，进一步验证了改进
模型分析法在桩基础沉降分析中的应用价值。总之，此次研究所提出的改进
模型分析法可以有效分析桩基础在断层脉冲型地震作用下的沉降变化情况，沉降分析结果具有较高的可信度。
3、结束语
综上所述，本文所提出的改进
模型分析法可以有效应用于近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降分析中，在实际分析过程中，可以将桩基础碰撞影响转化为自由度振动模型，通过该模型对桩基础沉降位移和沉降速度进行分析计算，通过分析结果能够看出，改进
模型桩基础碰撞沉降分析方法中阻尼系数具备良好的可信度，因此可以计算近断层脉冲型地震下建筑地桩基础沉降位移情况。在改进
模型中，主要是改变桩基础碰撞期间阻尼系数，以此加强桩基础沉降分析结果的准确性。
参考文献
[1]陈令坤,徐定超,张楠,等.竖向地震影响高铁桥梁——桩基系统地震响应分析[J/OL].哈尔滨工程大学学报,2019,25(08):1-8
[2]白久林,金双双,赵俊贤,等.近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能[J].建筑结构学报,2018,39(S1):103-110.
[3]陈令坤,韩静涛,徐定超,等.轻轨高架桥地震响应PGA/PGV分析:Part Ⅰ近断层效应的影响[J].北京交通大学学报,2018,42(03):86-94.
[4]韩淼,孟令帅,杜红凯.近断层地震速度脉冲对层间隔震结构响应影响的振动台试验研究[J].工程抗震与加固改造,2017,39(06):68-73+17.
[5]单德山,张二华,董俊,郭珊.汶川地震动衰减特性及其大跨高墩连续刚构桥的地震响应规律[J].土木工程学报,2017,50(04):107-115.
论文作者:马晶晶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：桩基础论文; 断层论文; 阻尼论文; 位移论文; 模型论文; 脉冲论文; 系数论文; 《基层建设》2019年第12期论文;