粘弹性土体中桩基型桥墩与水泥土复合管桩横向动力相互作用的解析研究及参数影响

《Scientific Reports》：Closed-form solution and parametric study on lateral dynamic response of pile-type bridge piers resting on cement-soil composite pipe piles

　　

摘要

本文基于Timoshenko梁理论，建立了桩基型桥墩（PTB）墩柱与水泥土复合桩（CC）管桩在粘弹性土体中横向动力相互作用的解析框架。所推导的解析解通过两种并行方法进行了严格验证：与已发表的理论结果进行对比，以及与PLAXIS 3D数值模拟进行交叉验证。在此基础上，开展系统参数分析，量化了PTB墩柱、水泥土桩和PHC管桩的关键参数对联合作用系统横向动力响应的的影响。结果表明：高度较小的墩柱在低频段具有更强的承载性能，但在高频激励下共振风险更高；而较高的墩柱能有效推迟共振峰值的出现。增大水泥土桩的加固半径和弹性模量，以及增大内层PHC管桩的外径和弹性模量，均能提升整个联合作用系统的抗横向振动能力。特别是，增加墩顶结构质量会放大系统的水平惯性力，从而对联合作用的桩墩系统抗横向振动性能产生不利影响。