基于ansys软件的刚性桩复合地基动力特性分析

刚性桩复合地基是介于天然地基和传统桩基之间的一种过渡型基础。这种复合地基的特点在于“刚”是相对于柔性桩来讲具有更强的桩体强度，可以全长发挥桩的侧阻。由于刚性桩复合地基的单桩承载力高，故复合地基承载力较高，多用于高层、超高层建筑中。

褥垫层的存在使刚性桩复合地基与桩基础在横向工作性能方面显著不同，这使刚性桩复合地基的抗震设计不能简单地套用桩基础的抗震分析及设计方法。因此对刚性桩复合地基抗震性能分析显的非常重要，目前对刚性桩复合地基的研究多是针对单桩研究，或者是将群桩问题简化为二维平面问题进行模拟。本研究则是建立三维群桩模型，分析刚性桩复合地基的部分抗震性能。

一、模型结构形式及分析方法

（一）边界选取。

（三）分析方法

本文先对该有限元模型进行了模态分析，获得3阶模态的振型、频率，采用地震波，以基岩波的形式在底部边界从水平方向输入，合理模拟地震情况。以分解反应谱法对结构的抗震状况进行分析。反应谱分析时采用六度抗震分析。

二、结构的自振特性

本文给出结构的前三阶振型及其对应的结构自振频率。模态阶数为1，2，3的时候，固有频率分别为0.93782，1.3608，1.3608。可以看出，刚性桩复合地基结构的基频较高，说明该复合地基及上部结构具有较好的刚度；基频到第二阶频率跳跃比较大，结构频率增加较快，并且频率中存在共扼振型，主要原因是该结构具有对称性。

第1阶振型为X向水平振动，第2阶阵型是竖向振动和X方向水平振动的振型组合，第3阶振型是竖向振动和沿Y向水平振动的振型组合，振型情况反映出结构的自振特性相对单一，在动力或地震作用下只须考虑低振型参与组合计算结构的动力响应。

三、分解反应谱法分析结果

为了研究不同区域桩体、桩间土、褥垫层、基础及上部框架的受力变形性能的差别，对于桩体，分别对中桩、边中桩和角桩等不同桩位进行研究。为了便于分析、制图，本文对桩体进行编号，分析中取出角桩55桩，边中桩35桩及中心桩33桩。

（一）上部结构各层节点的位移曲线。

（二）不同桩位桩体节点的剪力与弯矩。

四、小结

本文以有限元分析软件ansys为工具，建立了5×5的三维刚性桩复合地基群桩模型，考虑地基-基础-上部结构共同作用，采用分解反应谱法计算出刚性桩复合地基群桩地震反应，并分析了刚性桩复合地基在地震波作用下的变形特性及内力特性。

参考文献：

[1]范福平.上部结构-基础-地基相互作用问题分析[J].青岛理工大学学报，2006，27（2）.

[2]赵捷.刚性桩复合地基三维数值分析与模型试验研究[D].河南大学硕士论文，2007.