沉箱加樁復合基礎(chǔ)地震響應(yīng)離心試驗

1、文章編號：10007598 (2014) 02038009沉箱加樁復合基礎(chǔ)地震響應(yīng)離心試驗銳 1, 2，黃茂松 1, 2鐘（1.同濟大學 地下建筑與工程系，上海 200092；2.同濟大學 巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092）摘 要：針對沉箱加樁復合基礎(chǔ)地震響應(yīng)問題開展動力離心試驗研究。采用砂質(zhì)粉土作為地基土，上部結(jié)構(gòu)簡化為質(zhì)點和柱體，基礎(chǔ)類型包括單樁、沉箱、沉箱加樁復合基礎(chǔ)，利用層狀剪切模型箱消除邊界反射，以上海人工中波為輸入波，在 50 g離心加速度場下進行水平地震試驗。根據(jù)基礎(chǔ)形式的不同進行 3 組試驗，試驗結(jié)果表明：對于剛度較小的土，地震波向上傳 播過程中具有加速度衰減

2、的特征；沉箱底部加樁對于降低基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有積極的效果，有利于增強其抗震能力；地表、 基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)頻率特性各不相同，這取決于其各自不同的自振特性；土與基礎(chǔ)、基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)之間均會發(fā)生地震相互 作用，但只有與相互作用對象自振頻率均較接近的地震頻域分量才能引起明顯的相互作用。關(guān) 鍵 詞：沉箱加樁復合基礎(chǔ)；離心試驗；地震；相互作用；頻率特性中圖分類號：TU 435文獻標識碼：ACentrifuge tests for seismic response of caisson-pile composite foundationZHONG Rui1, 2,HUANG Mao-song1, 2(1.

3、 Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China )Abstract: Dynamic centrifuge tests are carried out to study seismic response of caisso

4、n-pile composite foundation. With Shanghai sandy silt chosen as test soil, laminar shearing box used to eliminate reflection at the boundary, and Shanghai artificial middle wave is taken as the input motion, three tests with different foundation types are conducted under the centrifuge acceleration

5、of 50g. Single pile, caisson and caisson-pile composite foundation are the foundation types for those three tests, and all the superstructures in these tests are simplified as mass points and connecting columns. Test results indicate that, for soil with low stiffness acceleration decays in the proce

6、ss of earthquake wave propagating upwards; adding piles under the caisson could decrease the earthquake responses of both the foundation and structure, so the reinforcement of the system in resisting earthquakes is expected; frequency characteristics of the responses at soil surface, foundation and

7、structure are all different from each other depending on their own natural vibration characteristics; and for the interaction between soil and foundation, or foundation and structure, only the earthquake component with similar frequency with both interacting sides can cause remarkable earthquake int

8、eraction.Key words: caisson-pile composite foundation; centrifuge test; earthquake; interaction; frequency characteristic析方法研究了該基礎(chǔ)對側(cè)向動力荷載的抵抗能力。由于該基礎(chǔ)形式比較新穎，目前國內(nèi)外對其研究較 少。在基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)地震相互作用問題的研究中，包括1引言沉箱加樁復合基礎(chǔ)是一種在沉箱底部增加樁基而形成的新型基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)的總體埋深的增加及 共振性能的改變有望提高抗震能力。該基礎(chǔ)形式的提出見于工程報告同（江） 三（亞）國道主干線瓊州海峽跨海公路通道工程前 期工作第二階段

9、研究報告1，黃茂松等2采用解理論及簡化分析方法（王霓等3、Stewart等45、Mylonakis 等67、Tsigginos 等8）、數(shù)值方法（Jeremic 等910、Guin 等11）及試驗方法（Chau 等12）等。 動力離心機試驗?zāi)軌蜻€原原型應(yīng)力條件，因而被廣收稿日期：2012-11-22基金項目：國家自然科學基金資助項目（No. 90915011）；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973 計劃）課題（No. 2013CB036304）。 第一作者簡介：鐘銳，男，1986 年生，博士研究生，主要從事土動力學和基礎(chǔ)抗震方面的研究。E-mail: esopo 通訊作者：黃茂松，男，1965 年

10、生，博士，教授，博士生導師，主要從事巖土工程方面的研究與教學工作。E-mail: mshuang第 2 期鐘 銳等：沉箱加樁復合基礎(chǔ)地震響應(yīng)離心試驗381泛應(yīng)用于土木工程地震問題的研究中。Curras 等13 采用動力離心機試驗，對土-樁-結(jié)構(gòu)地震相互作用 進行了研究，并用實驗數(shù)據(jù)對采用動力非線性 Winkler中對地震波進行縮放，原型峰值加速度調(diào)整為 0.34 g（本試驗采用 50 g 離心加速度場，故振動臺峰值加 速度為 17 g）。由于振動臺的振動頻率范圍限制，需 要對輸入地震波進行濾波處理，最終得到原型輸入 地震波及其 Fourier 幅值譜如圖 3 所示，地震持時為 20 s。由于地

11、震發(fā)生后結(jié)構(gòu)仍會有一段時間的自振，因而本文地震響應(yīng)結(jié)果輸出均選擇持時為 30 s，以 詳細捕捉結(jié)構(gòu)震后響應(yīng)信息。為了分析地震波不同 頻率特性對土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)動力特性的影響，研究不 同頻率地震分量下的土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)動力相互作用， 將輸入地震波 4 個主要峰值頻率標識出來，分別命 名為 1 號、2 號、3 號和 4 號峰值，分別對應(yīng)頻率 0.391、1.123、1.709、3.613 Hz。等14采地基梁的簡化方法進行了驗證。Boulanger用動力非線性 p-y 曲線方法對土-樁-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進行解析計算，通過與動力離心機試驗結(jié)果的對比 使該方法得到了驗證。Wilson15對液化砂土和軟黏 土中

12、土-樁-上部結(jié)構(gòu)地震相互作用問題進行了動力 離心試驗研究，并對該問題進行了擬靜力研究。本文針對土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)問題中沉箱加 樁復合基礎(chǔ)的加樁作用進行動力離心機試驗研究， 試驗對象包括自由場、沉箱和沉箱加樁復合基礎(chǔ)。 測試內(nèi)容包括土體、基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)和結(jié) 構(gòu)的應(yīng)變響應(yīng)等，通過沉箱和復合基礎(chǔ)響應(yīng)峰值的 對比研究了加樁的作用。另外對土、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)時域響應(yīng)結(jié)果進行頻譜分析，研究了土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)相 互作用的內(nèi)在規(guī)律。10080602 試驗設(shè)計2.1 試驗儀器與設(shè)備本試驗采用同濟大學 TLJ-150 型巖土離心試驗 機，動力試驗中最大離心加速度為 50 g，振動臺最大振動加速度為 20 g，

13、最大持時為 1 s，振動頻率為 20200 Hz。為盡可能地消除應(yīng)力波在土體邊界的 反射影響，試驗?zāi)Ｐ拖洳捎茂B環(huán)式層狀剪切箱，如 圖 1 所示，由 22 層鋁環(huán)組成，層間允許 5 mm 的相 對變位。4020010110010-1土粒粒徑/ mm10-210-3圖 2 砂質(zhì)粉土級配曲線Fig.2 Grain-size distribution of sandy silt0.50.0輸入-0.50510t / s(a) 時程曲線15200.3圖 1 層狀剪切箱Fig.1 Laminar box0.20.12.2試驗用土本試驗采用上海3 層砂質(zhì)粉土，級配曲線如圖2 所示，按 7%含水率配置水分，試

14、驗填土及應(yīng)力條件下平均剪切波速為 66.7 m/s，密度為 1.467 g/cm3。2.3輸入地震波選取上海人工地震中波，在波形再現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)0.0-101101010f / Hz(b) Fourier 幅值譜試驗輸入波形圖 3Fig.3 Input motion in tests加速度 a / g小于某粒徑的土粒含量/ %Fourier 幅值譜/ (gs)3 號4 號2 號1 號382巖土力學2014 年2.4試驗方案及傳感器布置共進行 3 組試驗，試驗研究內(nèi)容如表 1 所示。8.338.338.33A1-4S1-2 S1-1基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)模型均采用鋁合金材料，樁截面統(tǒng)一為直徑 10 mm，壁厚

15、2 mm；圓柱形沉箱直徑為 8 cm，高 12 cm，側(cè)壁厚為 0.5 cm，頂、底板厚為 1.5 cm。L1-4A1-3A1-2L1-2A1-1位移計加速度計 應(yīng)變片L1-12.5 cm，沉箱、復合基礎(chǔ)及群樁上立方體棱長為 4 cm。連接質(zhì)點與基礎(chǔ)的柱的截面與樁相同。A1-0(a) 試驗 1: 自由場與單樁-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)表 1 離心試驗方案Centrifuge testing programsTable 151010試驗編號研究內(nèi)容A2-4A2-612自由場及單樁-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)沉箱-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)S2-2S2-1S2-4S2-3A2-5A2-3L2-3 4傳感器，為方便標識，傳感器一律以“ X

16、a - b ”格式表示：X 表示傳感器類別（ X = A、S、L 分別表 示加速度計、應(yīng)變片、位移計）；a 表示試驗編號；b 表示傳感器編號。例如 A3-2 表示第 3 組試驗的 2 號加速度傳感器。其中位移計只用于監(jiān)測層狀模型 箱的側(cè)向位移，不計入試驗結(jié)果數(shù)據(jù)。3 組試驗的 傳感器布置如圖 4 所示，圖中尺寸為 50 g 離心加速 度場下根據(jù)相似原理換算的原型尺寸。試驗 1 主要研究單樁與自由場響應(yīng)，由于單樁 平面尺寸較小，因而可忽略其對旁邊較遠自由場的 影響。試驗 2 和試驗 3 分別采用了沉箱和沉箱加樁復合基礎(chǔ)，本文將研究比較試驗 2 和試驗 3 采用不 同基礎(chǔ)形式后地震響應(yīng)的差別，因而

17、在兩組試驗中 均設(shè)置一個單樁-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為監(jiān)控，對比兩組試驗 中其結(jié)果是否相近，從而判斷不確定因素影響的大 小。2.5 離心試驗相似關(guān)系本試驗離心加速度為 50 g，模型-原型長度相似 比尺為 50。試驗用土以剪切波速和密度控制，相似 比為 1:1，由于本試驗關(guān)注對象為沉箱加樁效果， 且土體含水率很低，因而可忽略滲流參數(shù)的影響。 基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)中，不同的構(gòu)件具有不同的變形機制， 因而需要考慮不同的物理量相似控制。樁和柱主要 為抗彎構(gòu)件，以截面抗彎剛度相似控制，兼顧截面 抗壓剛度，如表 2 所示；沉箱主要發(fā)生整體平移和 搖擺，因而以質(zhì)量和側(cè)向轉(zhuǎn)動慣量相似控制，如表 3 所示；同理，上部結(jié)構(gòu)質(zhì)點亦以質(zhì)

18、量和側(cè)向轉(zhuǎn)動 慣量相似控制，如表 4 所示。表 24 中相似比小括 號中數(shù)值為該物理量的理論相似比。L2-1A2-0(b) 試驗 2: 沉箱-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)(單樁做參考)A3-6A3-4S3-2S3-4S3-3A3-5S3-1A3-3L3-3箱下加22 群樁L3-21.75L3-1A3-0(c) 試驗 3: 沉箱加樁復合基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)(單樁做參考)圖 4 試驗?zāi)Ｐ图皞鞲衅鞑贾?單位: m)Fig.4 Layouts of the modes and sensors in tests (unit: m)試驗結(jié)果與分析自由場及單樁-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)（試驗 1）33.13.1.1 地層加速度及結(jié)構(gòu)加速

19、度圖 5 為試驗 1 土層及結(jié)構(gòu)加速度測試結(jié)果。其 中 A1-0 為振動臺上自帶加速度測試計，用以測試 實測波與目標波輸入是否吻合。本圖顯示試驗 1 實 測波與目標波吻合較好。A1-1A1-3 為由深至淺自 由場加速度響應(yīng)，A1-4 為單樁上部結(jié)構(gòu)加速度響 應(yīng)。表 5 列出各加速度峰值大小以及其相對于 A1-0 峰值的放大系數(shù)，表中以地表為標高 0 點。圖 6 為 加速度放大系數(shù)折線圖。1.54.8 2.494.81266666第 2 期鐘 銳等：沉箱加樁復合基礎(chǔ)地震響應(yīng)離心試驗383表 2 樁、柱相似關(guān)系Table 2 Similarity relationships of piles an

20、d columns外徑 D/ m壁厚 t/ m模量 E/ Pa抗彎剛度 EI/ (Nm2)抗壓剛度 EA/ N樁距 s/ mEI 相似比EA 相似比s 相似比7.001072.0610113.518 61066.509 8109模型（鋁合金）原型（鋼結(jié)構(gòu)）0.010.500.0020.02129.9081.87061081504（504）1432（502）0.0351.750150（50）表 3 沉箱相似關(guān)系Similarity relationships of caissonTable 3直徑 D/ m高 H/ m頂、底板厚 t1/ m側(cè)壁厚 t2/ m密度r/ (g/cm3)質(zhì)量 m/ k

21、g側(cè)向轉(zhuǎn)動慣量J / (kgm2)m 相似比J 相似比1.688 110-3模型（鋁合金）原型（混凝土）0.084.000.126.000.0150.8000.0050.3002.702.500.693 488 6241150.35（505）50.43（503）5.207 0105表 4 上部結(jié)構(gòu)質(zhì)點相似關(guān)系Table 4 Similarity relationship of mass of superstructure單樁上質(zhì)點沉箱等上質(zhì)點密度r/ (g/cm3)棱長 L/ m質(zhì)量 m/ kg側(cè)向轉(zhuǎn)動慣量 J/ (kgm2)棱長 L/ m質(zhì)量 m/ kg側(cè)向轉(zhuǎn)動慣量 J/ (kgm2)m 相

22、似比J 相似比m 相似比J 相似比14.394 510-64.608 010-5模型（鋁合金） 2.70原型（混凝土） 2.500.0251.2500.042 19149.25（505）0.042.000.172 8114 882.8 48.73（503）20 000 48.73（503）13 33349.25（505）1271.6由圖 6 可知，加速度在從基巖向地表傳播過程中有衰減的趨勢。根據(jù)地震波的傳播規(guī)律：加速度 為高頻特征量、位移為低頻特征量，因而在地震波 向上的傳播過程中，對于自振頻率高的硬土，加速 度常放大而位移則減??；相反，對于自振頻率較低 的軟弱土，加速度常減小而位移則放大。本

23、文地震 響應(yīng)顯示出加速度減小的特征，正是因為本試驗用 土剛度相對較小。通過 A1-4 可知，上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有很大程 度的放大。由圖 3（a）可知，輸入波的有效部分主 要在 010 s，10 s 之后激振加速度很小。因而 A1-4 響應(yīng)在 010 s 曲線明顯不光滑，具有較明顯的輸 入波特征；而 10 s 以后曲線則較為光滑且振動周期 單一，主要為結(jié)構(gòu)自振響應(yīng)。值得注意的是，A1-4 響應(yīng)的最大值并非出現(xiàn)在 010 s，而是出現(xiàn)在 15 s 左右的自振時間段，這是因為在地震過程中結(jié)構(gòu)積 蓄了能量，10 s 以后的激振雖然很小，但仍有能量 供應(yīng)，能量供應(yīng)速率大于耗散速率，因而強迫振動 繼續(xù)加強，

24、在 15 s 處達到最大值。在 15 s 后激振力 幾乎為 0，不再有能量供應(yīng)，因而在阻尼作用下結(jié) 構(gòu)發(fā)生阻尼振動，能量逐漸耗散。3.1.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)變響應(yīng) 設(shè)置于單樁上部結(jié)構(gòu)連接柱上、下兩端的應(yīng)變片記錄了地震時連接柱上、下兩端應(yīng)變時程曲線， 如圖 7 所示。連接柱上端應(yīng)變很小，而下端應(yīng)變較大，峰值分別為 58 和 434 個微應(yīng)變（10-6）。應(yīng)變 時程曲線形狀與 A1-4 結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)曲線十分相似，這是因為連接柱上應(yīng)變主要由上部結(jié)構(gòu)慣性力及力矩導致。3.2沉箱基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)（試驗 2）3.2.1 加速度響應(yīng)試驗 2 加速度響應(yīng)時程曲線如圖 8 所示。其中 A2-0 為振動臺實測波，A2

25、-3 為自由場地表響應(yīng)， A2-4 為參考單樁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)，A2-5 和 A2-6 分別 為沉箱基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)?？梢钥吹剑喜拷Y(jié)構(gòu) A2-6 響應(yīng)與單樁結(jié)構(gòu)響 應(yīng) A2-4 有很大不同，A2-6 直到 17 s 以后才完全呈 現(xiàn)出自振特性，前面 17 s 的響應(yīng)主要體現(xiàn)激振的特 征，而且峰值出現(xiàn)時間在 7 s 左右，也與激振波相 近。與單樁相比，沉箱剛度較大，約束了結(jié)構(gòu)體系 的自振，使得 A2-6 響應(yīng)以運動響應(yīng)為主，而非慣 性響應(yīng)。直到 17 s 以后 A2-6 才顯現(xiàn)明顯的自振特 性。3.2.2 應(yīng)變響應(yīng)試驗 2 應(yīng)變響應(yīng)曲線如圖 9 所示。其中 S2-1 和 S2-2 分別為參考單樁

26、上連接柱底部和頂部應(yīng)變， S2-3 和 S2-4 為沉箱上連接柱底部和頂部應(yīng)變。3.3沉箱加樁復合基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)（試驗 3）3.3.1 加速度響應(yīng)試驗 3 加速度響應(yīng)時程曲線如圖 10 所示。其中 A3-0 為振動臺實測波，A3-3 為自由場地表響應(yīng)， A3-4 為參考單樁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)，A3-5 和 A3-6 分別 為沉箱加樁復合基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)。試驗 3 曲線特性與試驗 2 相似。384巖土力學2014 年1.00.50.0A1-450A1-3A1-0A1-2-1.0A1-1t / s(a) 輸入地震曲線輸入及振動臺響應(yīng)曲線 A1-0-15-20-25A1-00.51.0峰值放大系數(shù)1

27、.52.00.01.00.50.0-0.5-1.0圖 6 試驗 1 加速度峰值放大系數(shù)Fig.6Amplifying factors of peak values of accelerations in test 1051015t / s202530(b) 自由場加速度響應(yīng) A1-15002500-250-5001.00.50.0-0.5-1.0051015t / s202530051015t / s202530(a) 連接柱底部應(yīng)變 S1-1(c) 自由場加速度響應(yīng) A1-25002500-250-5001.00.50.0-0.5-1.0051015t / s202530051015t /

28、s202530(b) 連接柱頂部應(yīng)變 S1-2圖 7 試驗 1 結(jié)構(gòu)柱兩端應(yīng)變Fig.7 Strains at connecting column ends in test 1(d)自由場加速度響應(yīng) A1-31.00.50.0-0.5-1.03.3.2 應(yīng)變響應(yīng)試驗 3 應(yīng)變響應(yīng)曲線如圖 11 所示。其中 S3-1和 S3-2 分別為參考單樁上連接柱底部和頂部應(yīng)變， S3-3 和 S3-4 為沉箱加樁復合基礎(chǔ)上連接柱底部和 頂部應(yīng)變。3.4試驗 2 和試驗 3 響應(yīng)峰值比較3.4.1 加速度峰值比較試驗 2 和試驗 3 中各加速度峰值如表 6 所示。 根據(jù)基巖響應(yīng) Aa -0、自由場表響應(yīng) A

29、a -3 和監(jiān)控 單樁響應(yīng) Aa -4 的比較可知，兩組試驗基本上符合 較好，說明不確定因素影響較小。為就基礎(chǔ)加速度 A a -5 和上部結(jié)構(gòu)加速度 Aa -6 峰值進行各組試 驗間的對比，進行以下兩種歸一化方式，并分別作 圖。（1）以基巖加速度 Aa -0 為標準 1，比較不同 試驗（a = 2、3）地表 Aa -3、基礎(chǔ) Aa -5、結(jié)構(gòu)051015t / s202530(e) 單樁上部結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng) A1-4圖 5試驗 1 自由場及結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)Fig.5 Accelerations of free field and structure in test 1表 5 試驗 1 加速度峰值P

30、eak values of accelerations in test 1Table 5標高/ m峰值/ g加速度計號放大系數(shù)A1-4 A1-3 A1-2 A1-1A1-06.0-1.5-3.9-13.5-22.50.5660.1630.2120.3140.3891.4550.4200.5440.8081.000加速度 a / g加速度 a / g加速度 a / g加速度 a / g加速度 a / ge / 10-6e / 10-6標高/ m第 2 期鐘 銳等：沉箱加樁復合基礎(chǔ)地震響應(yīng)離心試驗385A a -6 放大系數(shù)，如圖 12 所示。（2）以地表加速度 Aa -3 為標準 1，比較不同試

31、驗（a = 2、3）基礎(chǔ) Aa -5 和結(jié)構(gòu) Aa -6 放大系數(shù)，如圖 13 所示。1.00.50.0-0.5-1.01.00.50.0-0.5-1.0A2-0輸入051015t / s202530051015t / s202530(a) 輸入地震曲線輸入及振動臺響應(yīng)曲線 A2-0(b) 自由場地表響應(yīng) A2-31.00.50.0-0.5-1.01.00.50.0-0.5-1.0051015t / s202530051015t / s202530(c) 參考單樁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng) A2-4(d) 沉箱基礎(chǔ)響應(yīng) A2-51.00.50.0-0.5-1.0051015t / s202530(e) 上部

32、結(jié)構(gòu)響應(yīng) A2-6圖 8 試驗 2 自由場及結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)Accelerations of free field and structure in test 2Fig.81 0005000-500-1 0001 0005000-500-1 000051015t / s202530051015t / s202530(a) 參考單樁上連接柱底部應(yīng)變 S2-1(b) 參考單樁上連接柱頂部應(yīng)變 S2-21 0005000-500-1 0001 0005000-500-1 000051015t / s202530051015t / s202530(c) 沉箱上連接柱底部應(yīng)變 S2-3圖 9 試驗 2 連

33、接柱應(yīng)變響應(yīng)(d) 沉箱上連接柱頂部應(yīng)變 S2-4Fig.9 Strains at connecting column ends in test 2e / 10-6e / 10-6加速度 a / g加速度 a / g加速度 a / ge / 10-6e / 10-6加速度 a / g加速度 a / g386巖土力學2014 年1.00.50.0-0.5-1.01.00.50.0-0.5-1.0A3-0輸入051015t / s202530051015t / s202530(a) 輸入地震曲線輸入及振動臺響應(yīng)曲線 A3-0(b) 自由場地表響應(yīng) A3-31.00.50.0-0.5-1.01.00

34、.50.0-0.5-1.0051015t / s202530051015t / s202530(c) 參考單樁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng) A3-4(d) 沉箱加樁復合基礎(chǔ)響應(yīng) A3-51.00.50.0-0.5-1.0051015t / s202530(e) 沉箱加樁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng) A3-6圖 10 試驗 3 自由場及結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)Accelerations of free field and structure in test 3Fig.101 0005000-500-1 0001 0005000-500-1 000051015t / s202530051015t / s202530(a) 參考單樁上連接柱

35、底部應(yīng)變 S3-1(b) 參考單樁上連接柱頂部應(yīng)變 S3-21 0005000-500-1 0001 0005000-500-1 000051015t / s202530051015t / s202530(c) 沉箱加樁復合基礎(chǔ)上連接柱底部應(yīng)變 S3-3(d) 沉箱加樁復合基礎(chǔ)上連接柱頂部應(yīng)變 S3-4圖 11 試驗 3 連接柱應(yīng)變響應(yīng)Fig.11 Strains at connecting column ends in test 3表 6 試驗 2 和試驗 3 加速度峰值Table 6 Peak values of accelerations in test 2 and 3方式（1）顯示，在

36、沉箱加樁復合基礎(chǔ)（a = 3）響應(yīng)小于沉箱基礎(chǔ)（a = 2），但基巖響應(yīng) Aa -0 歸 一后兩組試驗 Aa -3 并未完全重合，說明試驗填土 條件有略微誤差。方式（2）以地表響應(yīng) Aa -3 歸 一，消除了填土誤差的影響，仍可見加樁具有較好的效果。 試驗 2（沉箱） 試驗 3（沉箱加樁） 編號峰值/ g編號峰值/ gA2-6 A2-5 A2-4 A2-3A2-00.5650.4280.7570.1560.391A3-6 A3-5 A3-4 A3-3A3-00.4840.3810.6960.1470.384e / 10-6e / 10-6加速度 a / g加速度 a / g加速度 a / g-

37、6e / 10加速度 a / ge / 10-6加速度 a / g第 2 期鐘銳等：沉箱加樁復合基礎(chǔ)地震響應(yīng)離心試驗38710Aa-6總體上，沉箱加樁后，對減小基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)有較好的貢獻，因而，作為一種新型基礎(chǔ)形式，沉 箱加樁復合基礎(chǔ)具有較好的前景。3.5加速度響應(yīng)頻率特性分析前面給出了加速度響應(yīng)時程曲線，并進行了峰 值比較。但僅通過時程曲線難以對地震響應(yīng)特性及 地震波-土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)之間的相互作用進行分析，因而本節(jié)對 3 組試驗加速度響應(yīng)進行頻率分析，并針Aa-5Aa-30-5-10-15沉箱(a = 2)沉箱加樁(a = 3)Aa-0-250.51.0峰值放大系數(shù)1.5圖 12相對于基巖的

38、加速度峰值放大系數(shù)對輸入波的所示。4個峰值頻率進行對比研究，如圖15Fig.12 Amplifying factors of acceleration peak values relative to bedrock1.510A2-6 A3-63 號1.052 號0.54 號1 號00.010-1100f / Hz(a) 上部結(jié)構(gòu)加速度 Fourier 幅值譜101123峰值放大系數(shù)45圖 13相對于地表的加速度峰值放大系數(shù)Fig.13 Amplifying factors of acceleration peak values relative to ground surface0.504 號

39、A2-5 A3-52 號3.4.2 應(yīng)變峰值比較試驗 2 和試驗 3 中各應(yīng)變峰值如表 7 及圖 14所示。與試驗 2 相比，試驗 3 中連接柱的應(yīng)變有明3 號0.251 號0.0010-1顯降低，尤其是實值最大的柱底加速度示出加樁的效果。Sa -3，顯100f / Hz(b) 基礎(chǔ)加速度 Fourier 幅值譜101表 7 試驗 2 和試驗 3 應(yīng)變峰值 Table 7 Peak values of strains in test 2, 3 and 40.33 號A2-3 A3-32 號 試驗 2（沉箱） 試驗 3（沉箱加樁） 0.2峰值/ 10-6峰值/ 10-6編號編號4 號1 號S2-

40、4 S2-3 S2-2S2-1 2691 14469494 S3-4 S3-3 S3-2S3-1 25591375513 0.10.0 10-1100f / Hz(c) 自由場表加速度 Fourier 幅值譜10110圖 15 試驗 4 自由場及結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)Fig.15 Accelerations of free field and structure in test 45由圖可知，不同位置的加速度響應(yīng)具有不同的頻率特征，且與輸入地震波不同，其中蘊含以下規(guī) 律：（1）輸入波具有 4 個峰值頻率，其中以第 3、4號最強，1、2 號為弱（見圖 3），而地表加速度 Aa -3（ a = 2、3）的

41、 2、3 號峰值較強，而 4 號峰值較弱。00500應(yīng)變峰值/ (10-6)1 000圖 14 連接柱的相對應(yīng)變峰值Fig.14 Relative peak values in connecting columns標高/ m標高/ m標高/ mFourier 幅值譜/ (gs)Fourier 幅值譜/ (gs)Fourier 幅值譜/ (gs)沉箱(a = 2)沉箱加樁(a = 3)Sa-4Sa-3沉箱(a = 2)Aa-6沉箱加樁(a = 3)Aa-5Aa-3388巖土力學2014 年這是由于地層本身自振頻率近于 2 號峰值頻率的緣故。（2）上部結(jié)構(gòu)加速度 Aa -6（a = 2、3）以 3

42、號峰值為主，說明上部結(jié)構(gòu)自振頻率與 3 號峰值頻率接近?；A(chǔ)最大的峰值響應(yīng)為 4 號峰值，說明基礎(chǔ)本身的自振頻率近于 4 號峰值頻率。（3）沉箱基礎(chǔ)響應(yīng) A2-5 以 4 號峰值為主，2 號 為輔，而沉箱加樁復合基礎(chǔ)響應(yīng) A3-5 中 2 號峰值 與 4 號峰值近乎持平，說明沉箱底部加樁后，基礎(chǔ)的自振頻率特性有一定的改變，消除了 4 號峰值上 沉箱基礎(chǔ)發(fā)生共振的可能性。earthquake response analysis of soil-pile group-structureinteraction systemJ. China Academy of Building Research,

43、1990, 11(3): 6180.STEWART J P, FENVES G L, SEED R B. Seismicsoil-structure interaction in buildings. I: Analytical methodsJ. Journal of Geotechnical and Geoenviron- mental Engineering, 1999, 125(1): 2637.STEWART J P, SEED R B, FENVES G L. Seismicsoil-structure interaction in buildings. II: Empirical

44、 findingsJ. Journal of Geotechnical and Geoenviron- mental Engineering, 1999, 125(1): 3848.MYLONAKIS G, NIKOLAOU S, GAZETAS G. Footingsunder seismic loading: Analysis and design issues withemphasis on bridge foundationsJ. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2006, 26(9): 824853.MYLONAKIS G, NIK

45、OLAOU A, GAZETAS G. Soil-pile-bridge seismic interaction: Kinematic and inertial effects. Part 1: Soft soilJ. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1997, 26(3): 337359.TSIGGINOS C, GEROLYMOS N, ASSIMAKI D, et al.Seismic response of bridge pier on rigid caisson foundation in soil stratumJ.

46、Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2008, 7(1): 3344.JEREMI B, KUNNATH S, XIONG F. Influence ofsoil-foundation-structure interaction on seismic responseof the I-880 viaductJ. Engineering Structures, 2004, 26(3): 391402.JEREMI B, JIE G Z, PREISIG M, et al. Time domain simulation of soil-foundation-structure interaction in non- uniform soilsJ. Earthquake Engineering andStructural Dynamics, 2009, 38(5): 699718.GUIN J, BANERJEE P K. Coupled soil-pile-structureinteraction analysis under seismic excitationJ. Journal of Structural Engineeri