本發(fā)明涉及地震工程，具體涉及一種模擬地震斜波入射的樁基低周反復(fù)荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑和大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益增多，地震災(zāi)害對(duì)這些結(jié)構(gòu)物的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。尤其是在地震頻發(fā)地區(qū)，如何提高建筑物的抗震性能成為了一個(gè)重要的研究課題。其中，樁基礎(chǔ)作為許多建筑物的基礎(chǔ)形式，其抗震性能的好壞直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。

2、傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)抗震性能評(píng)估方法主要依賴于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)公式，但這些方法往往受到場(chǎng)地條件限制，難以全面準(zhǔn)確地反映實(shí)際地震作用下的樁基行為。近年來(lái)，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究者采用數(shù)值模擬的方法來(lái)評(píng)估樁基的抗震性能。然而，目前大多數(shù)數(shù)值模擬方法存在一定的局限性。

3、為了解決上述問題，本發(fā)明以有效模擬地震波斜入射作用下各種構(gòu)件的耗能能力和恢復(fù)能力，計(jì)算結(jié)構(gòu)等效阻尼比；通過精確控制斜入射地震波的輸入角度，結(jié)合對(duì)模擬土體密度數(shù)據(jù)和含水量數(shù)據(jù)的精確測(cè)量與處理，來(lái)評(píng)估并優(yōu)化樁基的抗震性能，并調(diào)整試驗(yàn)條件來(lái)優(yōu)化樁基的設(shè)計(jì)，使其具有更高的抗震能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、通過使用重力補(bǔ)償組件和角度補(bǔ)償器來(lái)精確控制試驗(yàn)構(gòu)件的傾斜角度，確保模擬出的斜入射地震波能夠真實(shí)反映實(shí)際地震情況其次，通過采集模擬土體的密度數(shù)據(jù)和含水量數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理以獲得密度異常因子和含水量異常因子，進(jìn)而計(jì)算出樁基的承載力信號(hào)；承載力信號(hào)包括承載力高信號(hào)和承載力低信號(hào)，它們反映了樁基承載能力的強(qiáng)弱程度；基于樁基承載力信號(hào)，進(jìn)一步獲取樁基耗能數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)，并通過綜合分析這些數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算樁基的抗震性能綜合得分；如果該得分達(dá)到或超過預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為樁基具有較強(qiáng)的抗震性能，反之則較弱；針對(duì)表現(xiàn)不佳的情況(即抗震弱信號(hào))，通過調(diào)整模擬的不同角度的斜入射地震波，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并計(jì)算抗震性能綜合得分，以期通過不斷優(yōu)化試驗(yàn)條件，提高樁基的抗震性能至預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)之上。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種模擬地震斜波入射的樁基低周反復(fù)荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

4、s1：通過重力補(bǔ)償組件和角度補(bǔ)償器控制構(gòu)件的傾斜角度，控制斜入射地震波輸入；

5、s2：獲取模擬土體數(shù)據(jù)，包括密度數(shù)據(jù)和含水量數(shù)據(jù)，通過對(duì)密度數(shù)據(jù)和含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到密度異常因子和含水量異常因子，通過對(duì)密度異常因子和含水量異常因子進(jìn)行處理，得到樁基承載力信號(hào)；

6、其中，樁基承載力信號(hào)包括樁基承載力高信號(hào)和樁基承載力低信號(hào)；

7、s3：基于樁基承載力信號(hào)，獲取樁基耗能數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)，對(duì)耗能數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，得到抗震性能綜合得分，將抗震性能綜合得分與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，生成抗震信號(hào)；

8、其中，抗震信號(hào)包括抗震強(qiáng)信號(hào)和抗震弱信號(hào)；

9、s4：基于抗震信號(hào)，調(diào)整模擬的不同角度的斜入射地震波，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并計(jì)算抗震性能綜合得分，將模擬樁基調(diào)整成高抗震性能。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：控制斜入射地震波輸入方式：通過重力補(bǔ)償組件在水平方向上施加一個(gè)力，當(dāng)加載時(shí)保證樁基隨著作用方向的改變，保持原有重力作用方向；通過控制角度補(bǔ)償器，使樁身角度發(fā)生改變時(shí)，可以及時(shí)調(diào)整。

11、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：獲獲取試驗(yàn)構(gòu)件周圍土體的密度數(shù)據(jù)和含水量數(shù)據(jù)；

12、對(duì)密度數(shù)據(jù)和含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

13、得到密度異常因子pr和含水量異常因子pm；

14、將密度異常因子pr權(quán)重分配為w1，將含水量異常因子pm的權(quán)重分配為w2；

15、通過計(jì)算得到樁基承載力得分q。

16、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：密度異常因子pr的獲取過程為：

17、獲取每個(gè)子區(qū)域的土體密度vi；

18、其中，i表示i個(gè)子區(qū)域，i＝1，2，......，n；

19、將所有區(qū)域土體密度進(jìn)行整合，得到土體密度組；

20、通過均值計(jì)算公式計(jì)算得到土體密度組的平均土體密度vy；

21、通過公式標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式計(jì)算得到土體密度標(biāo)準(zhǔn)差c；

22、對(duì)土體密度標(biāo)準(zhǔn)差c和平均土體密度vy進(jìn)行處理，并結(jié)合預(yù)設(shè)的比例因子b1和b2，通過計(jì)算得到密度異常因子pr；

23、其中，b1和b2為預(yù)設(shè)比例因子，且b1和b2均大于0。

24、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：

25、含水量異常因子pm的獲取過程為：

26、獲取每個(gè)子區(qū)域的土體含水量di；

27、其中，i表示i個(gè)子區(qū)域，i＝1，2，......，n；

28、將所有區(qū)域土體含水量進(jìn)行整合，得到土體含水量組；

29、通過均值計(jì)算公式計(jì)算得到土體含水量組的平均土體含水量dy；

30、通過標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式計(jì)算得到土體含水量組的土體含水量標(biāo)準(zhǔn)差α；

31、對(duì)平均土體含水量dy和土體含水量標(biāo)準(zhǔn)差α進(jìn)行處理，并結(jié)合預(yù)設(shè)比例因子b3和b4，通過計(jì)算得到含水量異常因子pm；

32、其中，b3和b4為預(yù)設(shè)比例因子，且b3和b4均大于0。

33、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：將密度異常因子pr權(quán)重分配為w1，將含水量異常因子pm的權(quán)重分配為w2；

34、通過計(jì)算得到樁基承載力得分q；

35、將樁基承載力得分q與預(yù)設(shè)樁基承載力閾值進(jìn)行比較，生成樁基承載力高信號(hào)和樁基承載力低信號(hào)。

36、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：對(duì)樁基耗能數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)進(jìn)行獲?。?/p>

37、并對(duì)耗能數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到等效阻尼比η和恢復(fù)系數(shù)r；

38、并分別與閾值進(jìn)行比較；

39、得到高耗散能量信號(hào)、低耗散能量信號(hào)、恢復(fù)性高信號(hào)和恢復(fù)性低信號(hào)；

40、對(duì)等效阻尼比η恢復(fù)系數(shù)r進(jìn)行處理得到樁基的模擬抗震性能綜合得分ms，并與抗震性能綜合得分閾值進(jìn)行比較，生成抗震強(qiáng)信號(hào)和抗震弱信號(hào)。

41、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：等效阻尼比η獲取過程：

42、通過計(jì)算得到等效阻尼比η；

43、其中，等效阻尼比η表示樁基耗散能量的能力；

44、耗散的能量ed的獲取過程為：

45、通過計(jì)算得到耗散的能量ed；

46、恢復(fù)系數(shù)r獲取過程：

47、通過公式計(jì)算得到恢復(fù)系數(shù)r；

48、其中，恢復(fù)系數(shù)r表示樁基具有的恢復(fù)能力，δmax為最大位移和δres為殘余位移。

49、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：抗震性能綜合得分ms獲取過程：

50、將效阻尼比η的權(quán)重分配為w3，將恢復(fù)系數(shù)r的權(quán)重分配為w4；

51、通過計(jì)算的得到模擬抗震性能綜合得分ms。

52、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：基于抗震弱信號(hào)，調(diào)整模擬的不同角度的斜入射地震波，重新采集每個(gè)子區(qū)域的土體數(shù)據(jù)，對(duì)樁基承載力得分q進(jìn)行計(jì)算，并在承載力高信號(hào)的基礎(chǔ)上，計(jì)算模擬抗震性能綜合得分ms，將模擬抗震性能綜合得分ms調(diào)整至大于預(yù)設(shè)抗震性能綜合得分。

53、本發(fā)明的有益效果：

54、(1)本發(fā)明通過引入重力補(bǔ)償組件和角度補(bǔ)償器來(lái)確保試驗(yàn)構(gòu)件的傾斜角度能夠被精確控制。這有效地消除了因試驗(yàn)構(gòu)件傾斜而產(chǎn)生的非地震波力的影響，使得試驗(yàn)結(jié)果更加可靠。同時(shí)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)構(gòu)件的傾斜角度，確保了斜入射地震波的方向準(zhǔn)確無(wú)誤。這種精準(zhǔn)的控制機(jī)制有助于準(zhǔn)確模擬不同角度的斜入射地震波，進(jìn)而提高了試驗(yàn)結(jié)果的可信度和適用性。此外，通過采集和處理模擬土體的密度數(shù)據(jù)和含水量數(shù)據(jù)，本發(fā)明能夠得到密度異常因子和含水量異常因子，并據(jù)此計(jì)算出樁基承載力信號(hào)。這種通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)評(píng)估樁基的承載能力，不僅能夠更客觀地反映樁基的真實(shí)狀況，也為后續(xù)的抗震性能評(píng)估提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；

55、(2)基于樁基承載力信號(hào)，本發(fā)明進(jìn)一步獲取樁基耗能數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)，并通過綜合分析這些數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算樁基的抗震性能綜合得分。這一過程不僅考慮了樁基耗散能量的能力，還考慮了其恢復(fù)原狀的能力，全面地評(píng)估了樁基的抗震性能。對(duì)于表現(xiàn)不佳的情況(即抗震弱信號(hào))，本發(fā)明通過調(diào)整模擬的不同角度的斜入射地震波，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并計(jì)算抗震性能綜合得分，從而實(shí)現(xiàn)了樁基抗震性能的優(yōu)化。這種方法允許研究人員和工程師們通過不斷的試驗(yàn)迭代來(lái)找到最佳的樁基設(shè)計(jì)方案，以確保其能夠在實(shí)際地震環(huán)境中表現(xiàn)出色。