可液化地基中高层建筑桩基础震动规律研究

本项目拟以被广泛采用的可液化地基中高层建筑混凝土预制桩基础为研究对象，将上部结构-桩基础-地基视为三维非线性系统，以揭示该系统的动力相互作用规律与破损机理为核心，通过震害调查、离心模型试验和数值仿真等多种手段综合应用，重点突破上部结构-桩基-地基试验模型系统精细制作技术，重点发展模型试验与数值仿真相结合的多尺度多层次精细分析模拟技术，探讨合理的地震动输入机制，系统地研究运动相互作用和惯性相互作用在地震液化土层出现前的地基小变形阶段、地震液化土层出现后的较大变形阶段和地震结束后的残余变形阶段中对建筑桩基础震动响应规律与破损机制的定量影响，系统地揭示强烈地震环境下处于不同工况的上部结构-桩基-地基共同工作机理与破坏模态，系统地分析桩基础破损的基本规律和影响因素，寻求建立桩基础震动安全调控和抗震优化设计的理论及方法，以期为高层建筑物桩基础抗震优化设计奠定科学基础。

本项目以可液化地基中桩基础为研究对象，针对具有上部结构-桩基-地基系统的“三维化、非线性、大系统”的鲜明特征，揭示其动力相互作用规律与破损机理。以离心模型试验和数值仿真为主要研究手段，着重探讨地震条件下可液化地基中上部结构-桩-地基共同工作机理以及桩基础受力变形的基本规律、影响因素和物理机制，提出可液化地基中桩基础受力和变形计算分析方法。. （一）系统全面地调研整理了国内外相关的文献资料。通过总结分析，充分反映了目前国际上对可液化地基中桩基础抗震问题的认识水平，明确了目前各种方法中的问题。. （二）开发了可液化地基中桩基础动力离心模型试验系统并进行系列试验：在清华大学50g-t土工离心模型试验机和振动台上，开发了可模拟地震条件下可液化地基桩基础的离心模型试验及测量技术。完成了8组离心模型试验重点研究不同地基条件、上部结构对桩体所受水平荷载和弯矩大小和分布的影响，揭示了简单条件下可液化地基中桩基础的动力学响应规律。. （三）发展了针对砂土液化问题的三维化、非线性动力数值仿真理论及技术。建立了三维砂土液化后大变形统一本构模型，实现了对砂土液化后大变形问题的三维统一描述。采用高效数值算法，在开源OpenSEES非线性有限元软件平台上对模型进行了数值化，并实现了模型的并行计算。. （四）建立了成套的可液化地基中桩基础受力和变形计算分析方法：包括三维动力数值仿真技术在内，建立了可完整评价可液化地基中桩基础在地震过程中和震后水平和竖向受力与变形的计算分析方法，真正的发展了多尺度多层次精细数值仿真理论及技术，为桩基础安全调控和优化设计提供了理论及方法。. （五）揭示了可液化地基中桩基础动力响应规律。在总结试验规律的基础上，利用三维条件下桩基础大规模数值仿真技术和其他静动力计算方法，对可液化地基中桩基础在地震过程中和震后的受力和变形规律进行了全过程分析和总结。