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土木工程学科名词

地震荷载作用下，桩基承受较大的水平荷载，由于群桩效应的影响，群桩中各桩基的承载力相比单桩要小的多，并且由于边缘效应和影子效应的影响范围不同，前排桩(加载方向前的第一排桩基) 水平承载力相比其他各排桩是最大的，而其余各排桩水平承载力相比单桩来说下降更多。

简介
地震荷载作用下，桩基承受较大的水平荷载，由于群桩效应的影响，群桩中各桩基的承载力相比单桩要小的多，并且由于边缘效应和影子效应的影响范围不同，前排桩(加载方向前的第一排桩基) 水平承载力相比其他各排桩是最大的，而其余各排桩水平承载力相比单桩来说下降更多。因此，想要正确模拟群桩基础的桩土相互作用，就不能简单的认为土体对群桩基础中各单桩的作用与独立的单桩相同。
然而，群桩效应对基础抗震能力的影响，尤其是桩基进入非线性状态后的影响，目前的研究鲜有涉及，这不仅增加了强震作用和特殊地质条件下桩基抗震安全性能的不确定性，也给桩基抗震设计带来了困难。另外，我国用于跨越河流的桥梁普遍使用高桩承台群桩基础形式，该基础形式的显著特点是承台质量较大及部分桩身露在地面或冲刷线以上，因此桩土相互作用的惯性相互作用显著，相比其他基础形式，群桩效应的影响更加显著。
影响
对于结构的抗震能力，可以通过力、位移和能量等多种指标进行评价。此处将群桩基础-土体结构作为整体，通过Pushover 推倒分析的峰值抗力( 最大水平抗推力)和基础的整体变形来评价群桩效应对高桩承台群桩基础整体抗震能力的影响。
对峰值抗力的影响
由于群桩效应减小了土体对各排桩的抗力，因此，会使高桩承台群桩基础的整体抗震能力降低。群桩基础的水平抗力有所降低，在5% ～ 10%之间。自由长度越大，群桩效应引起的抗力降低越小，这也说明高桩承台群桩基础与单桩类似，自由长度越大，地面下塑性铰位置越浅，对桩基产生显著支撑反力的土体厚度越小;不同密度条件下，群桩效应的影响差别不大，说明砂土密度对群桩效应的影响较小，这与砂土密度对桩基横向强度影响不显著的结论相符，与密实砂土相比，松散砂土中抗力的降低略大，这也是因为在密实砂土中，群桩基础地面下塑性铰位置较松散砂土中浅。
对承台位移的影响
对于群桩基础而言，其整体变形模式直接关系到基础的整体受力模式、单桩荷载的分配以及单桩的水平向承载能力。群桩基础的整体变形集中反应在承台上，实际工程中承台自身不发生变形，只产生平动位移和刚性转角。
考虑群桩效应时，峰值状态承台水平位移增加。在群桩基础达到峰值抗力前后，群桩效应对自由长度较小的桩基承台水平位移的影响方式发生改变，对桩基承台转角的影响方式不变;对于自由长度较大的桩基承台结论却恰恰相反。因此，对于不同自由段长度的高桩承台群桩基础，虽然群桩效应对基础整体变形的影响不大，但对变形模式的影响却有本质区别。
无论群桩基础处于何种状态时，松散砂土中群桩效应对承台水平位移的影响均较大;而群桩效应对承台转角的影响，在峰值状态时，密实砂土中较大，而极限状态时松散砂土较大。
在峰值状态时，密实砂土中群桩效应对承台水平位移的影响稍大，在极限状态时，密实砂土中群桩效应对承台转角的影响较大;其他情况下群桩效应的影响基本相同。因此，自由长度较小时，砂土密度对群桩效应的影响较大，自由长度较大时，砂土密度对群桩效应的影响较小。
桩身分布影响
群桩基础所受的荷载由其中的各单桩共同承担，各根桩基的力学性能参数会影响荷载在各单桩之间的分配。群桩效应的存在，使不同位置处土体的极限抗力发生了不同程度降低，从而不仅改变了桩基的水平承载能力，也改变了桩基的水平抗推刚度，使不同位置处的桩基力学性能参数发生了不同程度的改变，进而影响荷载在桩与桩之间以及沿桩身的分布。
对水平力分配的影响
峰值状态和极限状态时各单桩顶剪力值及其比例，从中可看出，由于承台发生了转动，无论是否考虑群桩效应，各单桩的剪力均不同;无论自由长度和砂土密度如何，极限状态时群桩效应对桩基剪力分配均基本无影响，峰值状态时群桩效应对桩基剪力分配的影响也不大。对比峰值状态和极限状态各桩剪力比可看出，峰值状态前后各单桩剪力值的分配发生了较大变化。
对桩身弯矩分布的影响
在密实砂土中，群桩效应对地面下最大弯矩截面的位置影响不明显，但在松散砂土中，由于群桩效应的影响，最大弯矩截面的位置明显降低;群桩效应虽然对桩顶截面弯矩值和地面下最大弯矩值(注:本节弯矩值均指桩身弯矩值的绝对值) 影响较小，但是对弯矩沿桩身的分布影响很大。群桩效应使桩顶至地面下最大弯矩点之间的桩身弯矩减小，而使地面下最大弯矩点至桩底之间的桩身弯矩增大。
无论是地面下最大弯矩还是弯矩分布，这与群桩效应的研究结论相符。分别对比不同自由长度和不同砂土密度的数据可看出，最大弯矩截面以上的桩身范围内，自由长度越小，砂土密度越小，群桩效应影响越大，最大弯矩截面以下的桩身范围内，自由长度越大，砂土密度越大，群桩效应影响越大。对比不同砂土密度的数据可看出，砂土密度越小，群桩效应影响越大。极限状态时，群桩效应对桩身分布弯矩的影响有类似结论，由于篇幅所限，此处不再赘述。
桩身变形影响
与对承台水平位移的影响相比，群桩效应对桩身位移的影响不同的是，极限状态时，群桩效应使桩顶位移减小，却使一定深度范围内的桩基水平位移增大，这也进一步说明自由段长度对群桩效应的影响较大，在不同自由段长度的情况下，群桩效应对桩基变形模式的影响有着很大区别。
最大曲率截面位于桩顶，另外，在地面下某一深度处也出现一个峰值曲率。群桩效应对桩顶最大曲率值影响较大，对地面下最大曲率值影响也较大，尤其是在极限状态时。与在密实砂土中相比，群桩效应对松散砂土中桩基地面下最大曲率截面的位置影响更大，使其明显降低，这与前面所述对弯矩分布的影响一致。
极限状态时，自由长度对桩顶截面曲率分布的群桩效应影响较大;在自由长度较小时，砂土密度越小，群桩效应影响越大;在松散砂土中，自由长度越小，群桩效应影响越大。
总结
以一组单桩试验为背景，建立了其合理的有限元分析模型，并在此基础上建立了1 × 3 群桩基础模型，分别分析了在峰值状态和极限状态时，不同自由长度和砂土密度条件下P 修正系数法对砂土地基中高桩承台群桩基础整体抗震能力、桩身力和变形分布模式的影响，得出以下结论:
(1) 群桩效应使高桩承台群桩基础峰值抗力降低，并且桩基自由长度对群桩效应影响较大，砂土密度对群桩效应影响较小。
(2)峰值状态时，群桩效应使承台和桩身水平位移增加，使承台转角减小;极限状态时，群桩效应使承台和承台水平位移以及承台转角可能增大也可能减小，这主要依赖于群桩基础的自由段长度大小;对于群桩效应对承台整体位移和桩身水平位移的影响，自由长度较小时，砂土密度的影响较大，自由长度较大时，砂土密度的影响较小。
(3)无论自由长度和砂土密度如何，群桩效应对桩基剪力分配的影响均较小。
(4)群桩效应对桩身截面弯矩峰值影响较小，但是对弯矩沿桩身的分布影响很大，且这种影响对于后排桩最大，中排桩次之，前排桩最小，自由长度和砂土密度对此时群桩效应的影响均较大。
(5) 群桩效应对桩身分布截面曲率峰值影响较大，尤其是在极限状态时，且这种影响对于后排桩最大，中排桩 次之，前排桩最小，自由长度和砂土密度对此时群桩效应的影响均较大。
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