新编岩土桩土相互作用土弹簧刚度计算方法.docx
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新编岩土桩土相互作用土弹簧刚度计算方法
2016新编岩土桩土相互作用土弹簧刚度计算方法
岩土桩土相互作用土弹簧刚度计算方法
一、引言
对于城市高架桥梁、大跨桥梁等桩承重要工程结构，除保证其上部结构的抗震安全性外，在遭受大地震作用时避免其基础受损也十分重要。
近几年国外发生的大地震（如日本神户地震等）的震害表明，坐落在软弱土层上的桥梁桩基的震害十分突出，桩土相互作用这一课题又引起了人们的重视。
对于基础坐落在软弱土层上的桥梁结构来说，在地震发生时，桥梁上部结构的惯性力将通过基础反馈给地基，使地基产生局部变形。
同时，地基自身也会因地震力作用而发生变形，反过来影响上部结构的反应。
这即所谓地基一结构系统的相互作用。
考虑地基一结构系统的相互作用的影响，不仅可以更准确地掌握桥梁上部结构的地震反应，对于正确计算土中基础的内力和变形也十分必要。
土与结构相互作用的研究已有近60,70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。
桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩一土动力相互作用又是土一结构相互作用问题中较复杂的课题之一。
至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员[1-8]也提出了许多不同的桩一土动力相互作用计算方法。
从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。
60,70年代，美国学者J.penzien[9]等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。
集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。
该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。
以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩一土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。
并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。
PenZien方法的优点是可以方便地考虑成层土的非均匀性，非线性和阻尼特性等因素。
其计算力学图式中，上下部结构均采用多质点有限元体系，便于直观理解。
同时计算比较简便，经过适当的参数调整，该模型可以较好地反映桩的动力性能，因而在桩基桥梁抗震计算的实际工程中应用极广。
桥梁桩基础的抗震设计目前还主要采用静力的方法，土对桩基的作用通过一组等效的弹簧来表示。
最近，日本等多地震国家的规范已开始建设使用pushOver的方法。
该方法虽为一种非线性的静力分析方法，但可以等效地反应结构与土相互作用的主要动力特性，而且计算简单，便于应用于工程设计。
包括桩基在内的桥梁系统的PushOver计算除考虑上部结构惯性力的作用外，还要考虑地基土的水平变形对桩基的作用。
已往往后者对桩基的抗震性能评价起决定性的作用。
在建立计算图式时，合理地确定土弹簧的水平刚度和土的侧向变形是PushOver方法的关键。
土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计
算方法。
我国>（JTJ024-85）[10]用的m法在计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国内广大工程师所熟。
m法的基本原理也是将桩作为弹性地基L的梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。
但是，由于桩上相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。
特别是，m法中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。
本文针对桥梁桩土相互作用问题PushOver分析法中，如何合理地确定土弹簧的刚度和土体的变形的课题进行分析计算。
研究了不同地震强度下土弹簧刚度的变化特性，并将Penzien的方法和桥梁设计规范中的“m法”计算结果进行比较，为桩土相互作用问题的理论分析和参数选取提供重要的手段和依据。
二、研究思路与计算理论
1研究思路
对同一桥梁基础实例，分别用两种方法来计算土层在水平方向的等效线弹簧刚。
第一种方法为Penzien[9]的方法。
用Milldlin公式确定水平土弹簧刚度，上述计算中土的剪切模量采用由SHAKE程序在不同输入地震波情况下算出的等效线性剪切模量。
第二种方法直接采用规范[10]中的m法确定土的地基系数C，再由其算出土弹簧的水平刚度。
m的取值根据土的物性而定，并考虑规范所给的范围的中值和低值以比较其影响。
对于计算结果，通过比较方法1中土的等效剪切模量的变化讨论地震波种类和大小对土层刚度及变形的影响。
并直接比较两种方法算出的土弹簧刚度值及讨论m法的m值取值合理性。
本文的另一主要工作是用SHAKE程序计算不同地震波输入时各土层的最大变形，为桩-土相互作用计算研究提供必要的数据。
2土层的等效刚度与水平位移计算程序SHAKE
SHAKE是一个对水平层状沉积土进行等效线性地震反应分析所应用的计算机程序，由PerSchnabel博士和JohnLysmer教授于1970,1971年提出基本理论并编写。
是迄今为止计算水平层状沉积土的地震反应时使用最广泛的程序。
该程序计算的是半无限水平沉积上层的反应，该土层位于承受竖向传播的剪切波的均匀半空间之上。
分析是在频域内完成，对于任何特性的确定该分析都是线性的。
在考虑土壤的非线性行为时，SHAKE程序的计算原理中采用了等效线性的概念，即使用了剪切模量G和阻尼比λ与十的应交关系曲线。
这两类关系曲线可从土质试验取得，G随着剪应变的增大而减小，λ随着剪应变的增大而增大。
地震发生时土的剪切模量和阻尼在体系运动过程中都不是常数，从而存在土的非线性问题。
对上述非线性特性作进一步的处理，认为体系在整个地震作用期的反应则以用一个平均意义下的不变的剪切模量和阻尼比来计算，采用迭代法可以得到此两项数值针对某一地震波的收敛值，即土的等效线性剪切模量和阻尼比。
3用Mindlin公式计算土弹簧刚度Penzien对半空间理论基本特性的研究分析认为Winkler假定成立，用Mindlin公式求解作用于柱的Winkler连续弹簧常数。
本文即使用
Mindlin公式计算水平等效土弹簧刚度。
来源:
考试大-岩土工程师三、计算实例
1场地条件
本文的计算实例为日本神户的一座单墩钢筋混凝土桥梁基础，该桥在1995年的日本版神地震中遭到了;严重的破坏，墩柱底部受弯曲破坏，桩顶和桩的中部也发生严重裂缝。
该桥为钢筋混凝土三跨连续梁桥，桥墩高12.4m，直径1.8m;承台横截面为正方形，边长7.0m，厚度2.0m;基础采用桩基础，共6根，直径1.0m.
地基土层情况如表1所示。
从地面（+3.50m）到基岩（-18.00m）的范围内，共包含五种类型的土，土的剪切模量及阻尼比与剪应变的关系见图1（由文献,13,提供）。
本文将场地土分为30层计算。
2用Penzien方法计算时采用的地震波计算所使m的基岩输入地震波为迁安波、天津波和JMA（日本神户海洋气象台）波。
其波形如图2.三种地震波的加速度反应谱如图3所示。
用程序进行了三种波的加速度峰值（PGA）均为0.3的情况下的计算（在相同的加速度峰值下便于比较不同地震波的影响），并对JMA波在PGA=0.2g的情况也进行计算，来比较不同加速度峰值下波的作用。
3用Mindlin公式计算土弹簧刚度所用等放线性剪切模量由SHAKEE程序的计算得到的。
由于这里主要关心与桩体有关的土弹簧刚度和相对位移，故计算只做到桩底，其深度为地表下12.5m（标高一8.99m）。
4用m法计算土弹簧刚度由于m的取值不同，会对结果产生较大的影响，因此在桥规m值表格中分别取m的中间值和下限值进行计算（表2），然后对结果加以比较。
m法计算方法请参考文献[14].
四、计算结果
1三种地震波作用下的土层等放线性剪切模量加速度峰值相同（PGA=0.3g）的三种地震波的等效线性剪切模量和最大相对位移结果如图4所示。
由图中可以看出剪切模量的大小依次为:
迁安波、JMA波、天津波;而最大相对位移的大小顺序恰好相反，依次为;天津波、JMA波、迁安被。
由图1可知，土体发生的剪切应变越大;其刚度则降低得越多。
剪切模量与土的相对位移成反比关系。
从最大相对位移图中可以看出迁安波作用下，土的变形比另外两种波作用卜的变形明显小很多，这主要是因为二种波的周期特性不同而定。
迁安波为露出基者的纪录波，其高频成分强，加速度反应谱（图3）的卓越区间集中在0.1s,0.2s之间，离场地土层的固有频率较远。
而JMA波和天津波的卓越成分与土的固有频率接近，因而使土层产生了较大的变形。
2不同加速度峰值的JMA波的土层剪切模量JMA波在不同的加速度峰值（PGA,0.3g，PGA,0.2）情况下的土的剪切模量和最大相对位移如图5所示。
对同一种波在不同的加速度峰值（PGA）作用情况，土的反应亦不同。
PGA较大（0.3g）时，土的相对位移较大，剪切模量较小。
地震波的加速度峰值越大，意味着波对土的作
用越强，从而引起的应变越大，土的等效剪切模量也就越小。
3.Penzien方法与m法的土弹簧刚度值比较本文选用JMA波（RGA,0.3g）时的Penzien方法算得的土弹簧刚度值与m法的结果做比较，从图6可以看到，在深度大约为0,3.5m的范围内，m法算得的结果偏小;在3.5,7.5m的范围内，两种方法的结果比较一致;而在7.5,12.5m的范围内，由于m的取值变化很大，两条m法算得的刚度值线将Penzien方法算得的JMA波作用下的刚度值线包围在内，因此，选取合适的m值可以使两种方法算得的结果较好地符合。
但是由于桥规中给出的m取值范围很大，m的取值会对计算结果产生很大的影响。
这里对比两种方法的结果的意义在于提醒工程技术人员进行抗震设计与分析时，有必要根据地震波的类型、大小恰当地选取m值，来计算等效土弹簧刚度，以期与实际地震作用时的情况相符。
五、主要结论
本文主要讨论了桩一土相互作用问题中土弹簧刚度和土体位移的计算。
分别采用两种方法——PenZien方法（使用了SHAKE程序和Mindin公式）及桥规m法——,对同一桥梁基础实例，计算了各土层在水平方向的等效线弹簧刚度及最大变形，并详细叙述了两种方法的计算理论和分析过程。
通过对几种计算工况的结果的比较，得出了以下结论:
（l）PenZien的集中质量法能比较合理地描述桩与土的相互作用。
使用SHAKE程序可以求出地震波作用下土的等效剪切模量和最大变形分布等一系列参数，是计算水平层状沉积土地震反应的非常实用的工具。
在地震波的作用下，土的剪切模量与变形成反比关系。
土的剪切模量大的其层间相对位移则小。
（2）地震波作用下土的反应特性与地震波的加速度峰值和频率特性有关。
加速度峰值越大，土的变形越大，等效剪切模量越小。
另一方面，如果土的固有频率和地震波的频率相近，则容易发生共振现象，这时土的变形较大，而剪切模量和等效线弹簧刚度较小。
（3）用m法计算土的等效弹簧刚度时，m的取值会对土弹簧刚度带来较大的影响。
Penzien方法与m法算得的土弹簧刚度值对比说明了两种方法的结果在某种程度上能相互符合。
m取值范围的变化可以使算得的土弹簧刚度值范围把用Penzien方法算得的结果包含在内。
抗震分析时，除考虑上的物性之外，还应考虑可能发生地震的类型、地震力的大小等因素，选取合理的m值，计算土的弹簧刚度.
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干部教育培训工作总结[干部教育培训工作总结]年干部教育培训工作，在县委的正确领导下，根据市委组织部提出的任务和要求，结合我县实际，以兴起学习贯彻“三个代表”重要思想新高潮为重点，全面启动“大教育、大培训”工作，取得了一定的成效，干部教育培训工作总结。
现总结报告如下:
一、基本情况
全县共有干部**人，其中中共党员**人，大学本科以上学历**人，大专学历**人，中专学历**人，高中及以下学历**人。
**年，以县委党校、县行政学校为主阵地，举办各类培训**期，培训在职干部**人，占在职干部总数的**.*%，培训农村党员、干部**人，其中:
举办科级领导干部轮训班*期，培训**人,举办科级领导干部“三个代表”重要思想专题学习班*期，培训**人,举办科级以下公务员培训班*期，培训**人,举办企业经营管理者培训班*期，培训**人,举办专业技术人员培训班*期，培训**人,举办非中共党员干部培训班*期，培训**人,举办理论骨干培训班*期，培训**人,举办妇女干部培训班*期，培训**人,举办基层团干培训班*期，培训**人,举办农村党支部书记、村主任培训班各*期，培训**人，达到了每年培训在职干部五分之一的要求，超额完成了培训任务。
另外，上派了*名县级领导干部、**名科级领导干部、*名中级以上职称的专业技术人员参加盛市委党校的培训，有**名县级领导参加了
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市委组织部、市委党校举办的“三个代表”重要思想轮训班，全面完成了上级的调学任务。
二、主要做法
一,着力抓好集中正规化培训
1、加强领导，提高培训工作的计划性。
按照“党管人才”的原则，充分发挥牵头抓总作用，成立了县委干部培训教育工作领导小组，制定下发了《关于开展大规模培训干部工作的意见》和《**年度党员干部培训计划》，转发了市委办公室《关于印发〈吉安市干部“大教育、大培训”学分制实施办法〉的通知》。
并按照干部管理权限把各项培训任务逐一分解，落实责任，县、乡财政安排预算，确保了培训经费，切实提高了培训工作的计划性。
2、创新培训模式，调整办学思路。
按照“两扩一缩”的思路，创新培训模式。
“两扩”，一是扩大培训面，把以往培训科级领导干部为主扩大为培训科级及科级以下公务员和中级职称以上专业技术人员为主,二是适当扩充办班时间，将以往每期培训班*天左右培训时间改为**—**天。
“一缩”，即缩小单个脱产班次的办班规模，由原来的每个班次**人左右，缩减为**—**人。
3、创新培训内容和方式。
按照“加强理论、严格管理、注重实效”的要求，既注重马克思主义传统经典理论学习，邓小平理论、“三个代表”重要思想的培训工作，又注重贴近学员的需求，把经济法、金融证券、创业教育、行政执法等作为重点课程，着重提高学员驾驭市场经济的能力。
同时，积极探索和创新培训方式方法，学习借鉴一些
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先进的教学方法和手段，不断提高培训的效果。
4、创新管理理念，加强培训制度建设，工作总结《干部教育培训工作总结》。
建立了督学、评学和考学制度，每期培训班均成立班委会，学员编成若干学习小组，全体学员编定座位，对号入座，每天安排一名教员值班，上课前点名，强化考勤制度。
学习班结束前统一进行理论考试，并评出优秀学员进行表彰。
二,切实抓好干部在岗自学
组织了全县**名公务员参加更新知识第三、第四阶段的考试，并按照市委组织部的要求，组织了干部在岗自学教材《社会主义市场经济理论》和《英语**句》的征订工作。
为检验自学效果，对科级领导干部读书笔记进行了一次抽查，共抽查**名科级领导干部的读书笔记和联系实际撰写的学习“三个代表”重要思想心得体会文章，对抽查的读书笔记和心得体会文章，组织县委党校的教师进行了认真评阅，并在全县进行了通报。
三,努力抓好干部的实践锻炼
1、以外出招商引资为契机，外派年轻干部到广东、上海、浙江等地招商，开阔眼界，增长见识。
全县**个招商组，共外派干部**余人。
同时，选派平都镇村*名农民到福建厦门种蔬菜、打工学习，选派严田镇土桥、楠桥、岩头等村的农民**名到湖南长沙市郊区打工学习花卉苗木、到福建省尤溪县食用菌研究所学习食用菌技术。
这些农民打工学习回来后，利用所学技术，发展相关产业，到目前为止，平都镇向阳村**户村民，户户都种植了蔬菜，仅此一项，户均增加纯收入**
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余元,严田镇种植食用菌的有**户，种植花卉苗木的有**多户，楠桥村*户农民就种植花卉苗木**多亩，规模比较大，农民的收入得到明显提高。
2、结合县直单位包村挂村工作，挑选了**名县直单位的年轻干部，下派到边远山区乡镇、条件艰苦的行政村帮助工作一年，使他们经受锻炼和考验。
三、存在的问题和不足
我县干部教育培训工作虽然取得了一定的成绩，但也存在一些问题和不足:
一是少数单位和部分干部对干部教育培训工作缺乏正确的认识，参训和组织安排干部培训的积极性不高，存在应付的思想,二是一些领导干部，特别是主要领导干部调学有一定的难度。
这些问题和不足，有待地我们在今后的工作中努力研究对策，切实加以解决。
四、**年干部教育培训的思路
**年，我县干部教育培训工作将进一步围绕中心，突出主题，创新观念，建立健全监督、约束和激励机制，努力争创新优势，形成新特色，全面推进干部教育培训工作的新发展。
1、继续抓好集中正规化培训。
以县委党校、县行政学校为主阵地，扎实开展干部教育培训工作。
县委党校,行政学校,计划全年举办主体培训班**期，培训干部**人，其中:
举办科级干部轮训班*期，培训**人,纪检监察干部培训班*期，培训**人,专业技术人员理论学习班*期，培训**人,基层团干培训班*期，培训**人,科级以下公务员培训班*期，培训**人,科级后备干部培训班*期，培训**人,统战理论
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培训班*期，培训**人,农村党支部书记培训班*期，培训**人。
县人事劳动和社会保障局会同各单位对专业技术人员进行业务培训，培训人数要达到**人。
2、进一步强化干部的实践锻炼和在岗自学。
年内，拟选派**名左右年轻干部到经济发达地区跟班学习、挂职锻炼和谋职招商，选派**名左右科级后备干部到边远山区乡镇和县工业园区锻炼，使他们在实践中增长才干，提高综合素质。
干部在岗自学主要是学习《社会主义市场经济理论》、《英语**句》和计算机知识，并要组织考试，检验学习的效果。
同时，继续对科级领导干部的读书笔记进行一次以上抽查，并认真组织评阅，对调阅读书笔记的情况进行通报，奖励先进，鞭策后进。
并逐步扩大抽查面，机关一般干部的读书笔记也要抽查。
3、强化措施，着力解决调学难的问题。
今年将在调研的基础上，制定出台一个加强干部教育培训的管理办法，切实解决部分干部特别是主要领导和专业技术人员调学难的问题。
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改进和完善乡镇执政方式与研究[改进和完善乡镇执政方式与研究]“乡镇作为我国最基层的一级政权组织，作为党的路线方针政策在农村的贯彻执行者，在科学执政、民主执政、依法执政进程中，面临着如何改进和完善执政方式、增强调控能力这一重大课题，改进和完善乡镇执政方式与研究。
我部成立了专题调研组，对本课题进行了为期一个多月的调研，积极探索改进和完善乡镇执政方式、增强乡镇调控力的有效途径，形成本调研报告。
一、乡镇调控力现状
从狭义上理解，乡镇调控力是指乡镇对乡镇内部、部门站所、村级组织等所具备的一种调节、控制的权力、能力，表现为影响力、号召力和协调力。
从广义上理解，乡镇调控力还应包含乡镇对乡镇内部、部门站所、村级组织等所具备的服务能力，表现为亲和力、凝聚力和向心力。
一,调控主体能力偏弱
乡镇党委政府作为调控主体，在现阶段其总体调控能力偏弱。
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、党政运行不规范。
一是党政不分。
乡镇党政联席会议代替党委会、乡镇长办公会议的现象比较普遍。
二是党政不和。
一些乡镇党委书记民主决策意识不强，习惯于搞“一言堂”,一些乡镇长认为行政事务管理实行首长负责制，在某些重大政务决策上不接受党委意见。
、干部队伍不适应。
一是个体工作能力缺乏。
农村工作中出现的新矛盾、新问题要求乡镇干部适时调整新思维、讲究新方法去解决。
二是整体工作效能不高。
三是部分干部干劲缺乏、作风不实。
二,调控财力基础薄弱
必要的财力是乡镇调控力的重要保证。
就目前永嘉县而言，乡镇的财力基础相当薄弱。
一是乡镇财政可用资金严重不足。
山区乡镇财政基础十分薄弱，沿江乡镇虽然财源相对充足，但其可以调控支配的可用财力相当有限。
二是赤字和负债压力大。
截止,:
:
年底，仍有,个山区乡镇没有完全消除赤字和负债，占全县乡镇个数的,,,。
山区乡镇的消费性赤字和负债总计达，:
:
余万元。
三是管理监督制约机制不完善。
乡镇内部财务管理制度存在许多漏洞。
三,调控缺乏有效手段
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从实际情况看，乡镇对内部、部门站所、村级组织实施有效调控力度较弱，调控效果和调控目标之间还有较大的差距。
一是对乡镇内部调控不力。
部分副职不服从正职的领导，部分一般干部不服从集体的领导，下属机构部门不能很好履行职责，人力资源得不到有效整合，工作效能低下。
二是对部门站所难以调控。
县级部门在乡镇站所各自为政，乡镇难以协调。
三是对村级组织调控过弱。
乡镇集体决策的落实在一些具体工作中操作难度增大，如计划生育工作、重点工程政策处理、村级选举特别是村委会选举工作等，工作总结《改进和完善乡镇执政方式与研究》。
二、对策与建议
按照十六大的要求，乡镇政府要逐步走向有限政府，从管理型政府转向服务型政府，强化公共管理和公共服务的职能。
改进和完善乡镇执政方式、增强乡镇调控力，应坚持“有所为、有所不为”的原则，着眼于规范乡镇公共管理职能、增强乡镇公共服务能力，明确乡镇职能，健全法规制度，完善运行机制，加强自身建设，实现“小政府，大社会、大服务、大保障“的目标。
一,提高执政能力
、优化班子结构，提高班子合力。
一是适当扩大交叉任职，
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