基于Winkler地基理论的横向受荷长桩非线性动力响应模型试验

马建军, 王 满, 刘家宇, 聂梦强, 王连华

(1.河南科技大学 土木工程学院,河南 洛阳 471023; 2.洛阳北郊机场,河南 洛阳 471001; 3.湖南大学 土木工程学院,长沙 410082)

桩基础被广泛应用于支承各种类型的结构物，其承载特性之一是将上部结构的静动力响应限制在允许范围内。桩基承载能力取决于桩身和桩周土体的物理力学特性，并涉及到复杂的土-结构相互作用效应。在动力响应过程中，能量在桩-土系统内传递、转换并耗散，可能出现复杂的非线性动力学行为[1-2]。

在横向受荷桩的动力学研究中，线性和非线性Winkler地基模型理论均应用广泛[3]。通过动力学试验，测定出与Winkler模型弹簧刚度和阻尼相关的参数后，可利用理论模型精确分析桩-土系统的非线性动力响应[4]。然而现场试验难度大、费用高，目前仍多利用模型试验测定桩-土系统的动力学参数和响应特征[5-8]。利用振动台模型试验，黄占芳等[9-10]研究了单桩和群桩基础的地震动响应。将模型试验与数值模拟相结合，Bhowmik等[11]研究了横向动荷载下层状地基中钢管桩的非线性响应。考虑土-结构动力相互作用效应，Ullah等[12]利用模型试验分析了土-钢板桩-上部结构系统的动力学特性。利用不同加载条件下的模型试验，He等[13]研究了砂土中单桩的频率特征。通过模型试验，张磊等[14]研究了组合荷载作用下柔性单桩的承载特性。已有研究均表明，各种横向受荷长桩的承载和力学特性均与其所处场地的特征密切相关。但是，以上模型试验的动机和主要目标均是从唯象层面展现桩基的动力响应，而未对弹性地基理论与桩基非线性动力响应的直接相关性开展研究。……