1、城市交通日益擁擠,促進了地下空間的開發(fā)和利用,與地下空間開發(fā)相關的大型交通樞紐工程大量興建,這些工程的抗震性能及其安全性,越來越受到學術界與工程界的關注。
　　論文以天津站交通樞紐工程為背景,開展了大型樁-土-復雜結構的振動臺模型試驗,揭示了復雜動力相互作用體系(SSI)的有關規(guī)律;在試驗的基礎上研究了樁-土動力P-Y曲線;探索了樁-土界面的合理接觸剛度因子取值范圍問題,在此基礎上進行了樁-土-復雜結構數值模擬計算,再現了振動臺試

2、驗的過程,與試驗結果進行對比分析。完成的主要工作與結論如下:
　　(1)選取天津站交通樞紐工程的典型七榀框架為研究對象,含地上與地下結構及群樁基礎,進行了單向抗震性能試驗研究。采用微?；炷林谱鬈囌窘Y構模型;根據卓越周期相似比,設計并配置了模型土;在試驗的剛性土箱中設計了三種邊界,并驗證了各自的良好效果;選擇Taft波、天津波及人工波進行了小震到大震的多工況加載。試驗結果表明:樁與土體的加速度放大系數在小震時大于1(或小于-1),

3、大震時的放大系數明顯減小,樁基的存在對放大系數有減小的影響;樁基的相對位移峰、凈應變幅值及樁-土動接觸壓力幅值均隨震級的增加而增大,同時,相對位移峰值隨樁身高度增加而增大;凈應變沿樁身高度呈現中間大、兩端較小的趨勢;與樁端相比,樁中間部位的動接觸壓力增加的最快;地上及地下結構的最大層間位移角在大震后滿足規(guī)范限值要求。
　　(2)根據振動臺試驗的結果,應用彈性地基梁理論得到了正弦波作用下的樁-土動力P-Y曲線,進而求得樁-土相互作用

4、動力Winkler模型的彈簧剛度與阻尼沿樁身高度的變化規(guī)律及其受振動時間的影響。結果表明:阻尼系數與彈簧剛度系數都隨著樁埋深的增加而增大,樁下部增大的幅度更加明顯,受地下結構底部筏板的影響,阻尼與土彈簧剛度沿樁身分布可近似的考慮成分段線性,分段點大約在樁身上部1/3范圍處;隨著地震動的持續(xù),阻尼系數基本穩(wěn)定,只在樁底處略有增大,而彈簧剛度隨振動時間持續(xù)有所降低,并且隨埋深增大,其降低的幅度也越大。
　　(3)對樁-土相互作用的界面

5、接觸問題進行了研究。將天津站交通樞紐工程的原型(及模型)單樁與土體考慮成平面應變問題,探索了基于罰函數法的接觸剛度因子合理取值范圍。結果表明:土體采用線彈性本構模擬時,下層單元厚度的減小及土體剛度的增加會使接觸剛度增大,合理的接觸剛度因子(FKN)取值范圍會減小,但FKN整體取值在程序建議的范圍(0.01～10)的前1/3以內;土體采用彈塑性本構模擬時,若土體處于彈性階段,合理的FKN范圍是對應的土體彈性模型的100倍,土體進入塑性以后

6、,合理的FKN取值范圍隨著荷載的增加而減小。
　　(4)建立了考慮樁-土界面接觸的二維有限元模型,對比了三種地震波0.1g、0.3g及0.5g加載時的數值模擬與試驗的加速度結果。結果表明:模擬與試驗得出的測點加速度時程曲線波形相似,兩者的測點加速度峰值隨震級與高度的變化表現出了相同的規(guī)律,相對樁基而言,二維接觸模型能更好地反應地下結構的加速度反應規(guī)律。論文還采用三維有限元模型進行了計算,計算結果表明,天津波0.1g加載時,三維有限