桩基摇摆刚度预测模型研究：基于物理试验与多元线性回归分析

《Soil Biology and Biochemistry》：Study & prediction of rocking stiffness of piled foundations

本文针对桩基摇摆刚度这一土-结构相互作用（SSI）关键参数，通过专项物理模型试验系统分析了桩-帽连接方式、桩群长度及竖向安全系数（FSV）对刚度退化的影响，创新性提出基于多元线性回归的"分类公式"预测模型，为桩基抗震设计提供了重要理论支撑。

　　

研究亮点

本研究通过专项物理模型试验，系统揭示了桩-帽连接类型、桩群长度和竖向静力安全系数（FS_V）对桩基摇摆刚度退化的影响规律。试验采用德黑兰理工大学土动力学实验室研发的单自由度物理模型，四根桩体嵌入Firoozkuh标准砂土中，通过精确控制参数验证了试验可重复性。

方法与材料

物理模型与基床土体的具体参数、缩放准则、基床制备及试验重复性细节已在前驱研究中完整记录[14]。尽管该实验原本旨在分析桩基在摇摆作用下的弯矩-转角曲线、能量耗散比和残余变形，本文仍简要概述了关键方法框架，确保研究可追溯性。

结果与讨论

本研究首先基于所有模型数据，分析了摇摆刚度随归一化转角振幅（NRA）的变化规律，重点探讨了桩-帽连接方式、桩群长度和FS_V等关键参数的影响。通过优选趋势线方程精准拟合了刚度-转角曲线，进而开发出两种摇摆刚度预测模型：其一是基于关键因子的整合方程，其二是系数随因子变化的幂回归模型（即分类公式模型）。最终通过对比验证表明，后者具有更高的预测精度。

总结与结论

本研究通过参数化分析明确了桩-帽连接类型、桩群长度和FS_V对桩基摇摆刚度退化的显著影响，并成功构建了多元线性回归预测模型。试验数据源自德黑兰理工大学研发的高精度物理模型，四根桩体均嵌入Firoozkuh标准砂土。研究结果表明，"分类公式"模型能有效量化刚度随转角衰减的规律，为桩基抗震设计提供了新颖的理论工具。