强震区桩−土−断层耦合作用下桩基动力响应

为研究桩-土-断层耦合作用下桩基动力响应特性,利用振动台试验选取0.35g地震动峰值加速度时4种类型地震波,研究断层上下盘桩基加速度响应、桩顶相对位移、弯矩及桩基损伤情况。试验表明：断层上盘桩基各项参数明显大于断层下盘,呈现出上盘效应;桩顶峰值加速度大于桩底峰值加速度,上部土层对输入地震波具有滤波作用;桩顶加速度响应相较于桩底具有滞后性;桩顶峰值加速度与桩顶加速度放大系数α在输入El-Centro波时最大;上、下盘α 差值在输入Kobe波时最大;弯矩和桩顶相对位移峰值在输入Kobe波时最大;弯矩在土层分界面处较大,输入不同地震波时弯矩峰值均未超过桩身抗弯能力;提出了强震区近断层桩基可根据验算内容选取合理地震波进行验算的抗震设计建议。     

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析方法

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析属于桩基桥梁抗震设计中的一个关键科学问题,而目前尚缺乏合理的简化分析方法。鉴于此,直接针对振动台试验,基于Penzien模型,建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的数值分析模型与相应的简化分析方法。通过振动台试验验证了数值建模途径与简化计算分析方法的正确性,可用于液化场地桩基桥梁结构地震反应的分析,并且特别考虑砂层中孔压升高引起的砂土承载力衰减效应,推荐了计算参数的合理选取方法;据此进行了桩径、桩土初始模量比、砂土内摩擦角、上部桥梁结构质量等重要参数对液化场地桩-土地震相互作用影响的敏感性分析。研究表明：在液化场地条件下,随桩径和桩土初始模量比的增大,桩的峰值加速度、峰值位移减小,而桩的峰值弯矩则增大;随砂土内摩擦角增大,桩的峰值加速度、峰值弯矩、峰值应力均增大,而桩的峰值位移则减小;随上部结构配重增大,桩的峰值位移、峰值弯矩均增大。     

土的次非线性对桩基核岛结构三维地震反应的影响

随着核电厂工程建设快速发展,核电厂选址不可避免地要面临土质场地。土-桩-结构动力相互作用对核岛结构的抗震安全性评价具有重要影响。以国内某拟建的AP1000核岛工程为背景,建立土质场地-群桩-筏板基础-核岛结构动力相互作用体系的3D模型,考虑场址的区域地震环境与历史地震活动性,选用近场中强震、中-远场强震和远场大地震的三分量记录作为基岩输入地震动。使用一步法和二步法分别实现对土体真非线性和主非线性的模拟,通过对比这两种方法计算的核岛结构地震反应的差异,可知土的次非线性（soil secondary nonlinearity,简称SSN）对核岛结构地震反应的定量影响,也即SSN效应。发现SSN效应对核岛结构水平向地震反应的影响明显大于对竖向地震反应的影响,SSN效应会导致土质场地-群桩-核岛结构体系变得更“柔”;SSN效应与基岩输入地震动的特性强相关,近场中-强地震作用时SSN效应最强;SSN会显著增大核岛结构的峰值加速度和峰值相对位移反应,在核岛结构的抗震设计中不应忽视SSN效应。     

预应力管桩抗震性能试验研究

为研究预应力管桩的抗震性能,采用振动台通过对管桩-土-上部结构模型在不同地震波作用下的试验,分析研究管桩桩身产生的应力、应变、弯矩及位移沿桩身的分布、最大弯矩产生的位置、桩与承台的受力及破坏特征,得出地震作用下管桩桩身弯矩最大值的产生位置为距离桩顶5～6倍桩径处, 在El-centro波、LWD波和正弦波工况下,桩-上部结构体系的加速度反应在高度上呈现“K”型分布等反应规律及特征。     

预应力管桩振动台试验的数值分析

为了研究地震作用下预应力管桩的抗震性能和提高预应力管桩的延性设计水平,通过进行预应力管桩振动台试验,了解有限桩基形式下振动特性,建立预应力管桩振动分析数值模型,模拟振动试验全过程。改变桩数量和输入不同地震波加速度峰值,探讨各种桩基础形式在地震作用下的反应及抗震性能。分析结果表明,对于4桩基础,在3倍桩径的位置出现桩身反向位移,在2.5倍桩径处出现桩身负弯矩,在4～9倍桩径的区域范围内会出现开裂弯矩,在5倍桩径的位置出现弯矩最大值,在15倍桩径位置之下开始桩身弯矩急剧减小,分析结果可为预应力管桩抗震设计、制造、施工提供可靠依据。     

液化场地高桩码头抗震性能地震动效应

为了研究地震动特性对液化场地高桩码头抗震性能的影响,本文依托高桩码头工程实例,建立了液化场地全直桩高桩码头地震反应分析数值模型,系统分析了地震作用下高桩码头的关键动力响应特征,确定了高桩码头各抗震性能需求指标,揭示了地震动特性对各抗震性能需求指标的影响规律。研究表明：地震作用下高桩码头桩基受弯、受剪和受压薄弱环节分别出现在持力层与上部粉质黏土层交界处、岸坡标高处和砂层与上部粉质黏土层交界处;峰值加速度、频谱特性和地震动输入方向均会显著影响高桩码头各项性能指标的抗震需求;高桩码头桩基的抗弯、抗剪和抗压性能需求分别由最靠陆侧桩桩顶处弯矩、各薄弱环节剪力和砂层与上部土层交界处轴力控制,抗震延性需求均由最靠海侧桩桩顶处水平位移需求控制。     

刚性桩复合地基-上部结构动力相互作用体系抗震性能及影响因素分析

通过模拟土的非线性动力本构模型,选取合理的人工边界及耦合阻尼模型,建立了刚性桩复合地基与上部结构相互作用体系三维有限元动力分析模型。通过计算,对比了刚性桩复合地基与普通桩基对上部结构地震反应的影响异同,同时得到了土体模量与分层、基础埋深、桩径与桩长、砂石垫层模量与厚度以及上部结构特性等因素在考虑土-结构动力相互作用时对刚性桩复合地基抗震性能的影响及其基本规律,并与已有相关试验结果进行了对比,得到较好验证。研究结果为工程设计与工程应用提供了可借鉴的理论依据。     

高层建筑考虑桩-土-结构相互作用的地震响应分析

传统的抗震设计都是基于刚性地基的假设,然而在实际中,地基会发生变形致使上部结构的动力特性改变。本文结合工程实例,建立非线性有限元桩-土模型和土弹簧桩-土模型桩,用ANSYS建立了非线性有限元实体桩和土弹簧桩的房屋结构模型研究地震作用下结构在考虑桩-土-结构动力相互作用时的动力特性及其地震响应。     

某医院住院楼隔震结构设计与分析

本文按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对太原市妇幼保健院业务用房及住院楼进行了隔震分析与设计计算,主要内容包括隔震层支座的布置与计算、隔震层以上结构的水平减震系数的计算、隔震层支座在罕遇地震下的位移和拉应力的计算、隔震层支墩及支柱结构的设计方法和参数分析。通过隔震与非隔震两种设计的对比分析,说明隔震设计是合理可行的,满足《建筑抗震设计规范》所要求的延长结构体系的自振周期,增大结构的阻尼比,减少上部结构的水平地震作用,达到预期防震要求。     

地震载荷下核岛动力响应数值模拟

核电作为清洁型能源具有广阔的发展前景,研究核电站的地震响应具有重要意义。建立了AP1000核岛的有限元模型,进行模态分析获取核岛的振动形态。用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场地基,并考虑基础埋置及土与结构相互作用,开展了不同地基条件下的核岛地震响应分析。结果表明：随着地基刚度的增加,核岛节点的响应加速度幅值增大,而加速度反应谱峰值对应的周期减小,核岛节点应力增大,但其相对位移减小;考虑土与结构相互作用之后,软弱地基的响应加速度峰值大幅减小,地基加速度反应谱峰值对应的周期增加,土与结构相互作用对此类地基上核岛的地震输入有较大影响;对于坚硬岩石地基,土与结构相互作用对地震输入的影响可以忽略。     

覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究

为探究覆水饱和砂土场地中土-群桩基础-桥梁结构体系动力相互作用规律,自主设计并制作了直（斜）群桩基础-桥梁结构物理相似模型,开展了不同地震动强度和不同特性地震波输入下的离心机振动台试验,分析了群桩基础-桥梁结构动力特性指标,探究了覆水饱和砂土地基超孔隙水压力发展规律和桩-土相互作用动力响应特性。研究结果表明：覆水的存在对地基土-桥梁结构体系的基本周期和阻尼影响很小,但会导致直群桩基础桥梁结构的振动幅值增加20%,而斜群桩基础桥梁结构的振动幅值降低10%;斜群桩基础模型阻尼比是直群桩基础模型的2倍。上覆水导致饱和砂土地基由受低频振动液化深度更大变为受高频振动地基液化深度更大,同时导致小震作用下促进超孔隙水压力发展,而大震作用下则反之。上覆水会增大桥梁上部结构的动力响应和桩身弯矩。上述研究结果可为覆水场地中桥梁工程抗震设计提供关键参考依据。     

刚性桩复合地基桩体抗震性能分析

建立三维有限模型,分别采用振型分解反应谱法和时程分析法研究刚性桩复合地基的抗震性能,并根据相似理论,建立刚性桩复合地基群桩模型,采用模型拟动力试验,对其进行了地震作用下桩体响应规律试验研究,并对其在不同方法下的结果进行了对比分析,结果表明：无论是弯矩值还是剪力值,都是角桩最大,其次是边桩,再次是中心桩;不同分析方法所得的位移值相差不大,位移分布比较均匀;而且通过观察试验现象、分析试验和理论数据可见刚性桩复合地基具有良好的抗震性能;模型动力试验方法用于研究刚性桩复合地基的抗震性能是可行的,并且可推广应用到类似性的其他复合地基的抗震性能试验研究。     

强震区软弱土层差异厚度下单桩动力响应振动台试验

为探明不同类型地震波作用下软弱土层差异厚度对单桩动力响应特性的影响,采用振动台试验,开展了不同软弱土层厚度变化下桩基础的加速度、水平位移、弯矩动力响应变化特性及桩基损伤分析。试验结果表明：地震波作用下,桩周土体的约束作用受软弱土层厚度的影响显著。桩身加速度在软弱土层中的放大效果最为显著,桩顶加速度放大系数与软弱土层厚度呈正相关;桩顶水平位移在软弱土层厚度最大时达到最大;桩身弯矩最大值出现在软弱土层中,随其厚度增大而增大。不同土层厚度下,桩身弯矩最大值均小于抗弯能力设计值,桩基完整性较好。桩基础抗震设计计算时,应重点加强桩基础在软弱土层中的抗震能力,并选择多种地震波进行抗震验算。     

Centrifuge shaking table tests on 4 × 4 pile groups in liquefiable ground

A series of centrifuge shaking table model tests are conducted on 4?×?4 pile groups in liquefiable ground in this study, achieving horizontal–vertical bidirectional shaking in centrifuge tests on piles for the first time. The dynamic distribution of forces on piles within the pile groups is analysed, showing the internal piles to be subjected to greater bending moment compared with external piles, the mechanism of which is discussed. The roles of superstructure–pile inertial interaction and soil–pile kinematic interaction in the seismic response of the piles within the pile groups are investigated through cross-correlation analysis between pile bending moment, soil displacement, and structure acceleration time histories and by comparing the test results on pile groups with and without superstructures. Soil–pile kinematic interaction is shown to have a dominant effect on the seismic response of pile groups in liquefiable ground. Comparison of the pile response in two tests with and without vertical input ground motion shows that the vertical ground motion does not significantly influence the pile bending moment in liquefiable ground, as the dynamic vertical total stress increment is mainly carried by the excess pore water pressure. The influence of previous liquefaction history during a sequence of seismic events is also analysed, suggesting that liquefaction history could in certain cases lead to an increase in liquefaction susceptibility of sand and also an increase in dynamic forces on the piles.     

单桩与群桩基础动力时程响应差异振动台试验

为探明强震作用下大直径深长单桩与群桩基础的动力时程响应差异,依托海文大桥实体工程,通过大型振动台试验,开展了4种不同类型地震波作用下单桩及群桩基础的桩顶加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩时程响应变化规律及其差异性研究。研究结果表明：由于群桩效应的存在,桩顶加速度时程响应呈现双面性,群桩基础桩顶加速度峰值大于单桩基础,但峰值出现时刻滞后于单桩0.29～1.06 s;群桩基础的桩顶相对位移最大值显著小于单桩基础,且出现时刻明显滞后,Kobe波作用时滞后高达3.82 s;群桩基础的桩身弯矩最大值小于单桩基础7.54%～9.22%,且单桩基础受地震波影响较大,弯矩时程响应振幅明显大于群桩基础。桩基础抗震设计时,可充分发挥群桩基础动力时程响应滞后性特点,合理设计并选择最优桩型。     

高桩码头抗震简化分析方法

国际贸易的迅速发展,加快了港口工程建设的速度,同时对港口工程的抗震性能提出了更高的要求。高桩码头作为港口工程中最常用的结构型式之一,在我国港口工程建设方面得到了广泛应用。目前对高桩码头的抗震简化分析方法以及桩基特性对高桩码头地震响应的影响方面研究较少。基于此,本文利用开源有限元数值计算平台OpenSees,介绍了高桩码头简化分析方法模型的建立途径,并分析了桩基特性参数对高桩码头关键地震响应量的影响。研究结果表明：钢筋弹性模量对码头桩基的地震响应影响较小,可减少考虑;钢筋的强化阶段对截面达到屈服曲率后的弯矩承载力起主要作用;混凝土抗压强度的增加可降低结构的位移响应峰值;过大或过小的混凝土抗压强度和钢筋屈服强度,都不利于码头结构对地震能量的耗散。     

褥垫层作用下复合地基抗震性能有限元分析

采用大型非线性有限元程序ADINA,针对复合地基-基础-上部结构典型算例,建立了计算模型,并进行了有限元动力时程分析。计算模型中,桩体、桩间土、垫层、基础采用简化的线弹性模型,分别定义材料类型;上部结构采用弯矩曲率梁算法进行计算;在边界设置黏性边界模拟无限域中的动力人工边界。通过数值计算研究了不同桩体刚度对自由场地加固区地表和非加固区地表位移峰值和加速度峰值和桩身所受到的弯矩及剪力的影响;研究了上部结构在不同垫层性质（不同刚度和不同厚度）作用下的动力反应,从而得出垫层的合理设置,为复合地基设计施工提供依据。     

地震荷载下长短桩复合地基的群桩效应系数分析

长短桩复合地基中,地震发生时,短桩在降低长桩所受剪力和弯矩影响中起到重要作用。本研究对弹性地基中的钢管桩基础实行了静态有限元分析,以及动态离心模型试验,通过桩径、桩长、桩间距等参数进行剪切波速,长桩剪力弯矩的对比分析,得到一种新的水平向群桩效应系数计算方法,并通过对模型建筑物的模拟,验证了该方法的有效性与实用性。结果表明,静态有限元数值模拟分析和离心模型试验结果有较好拟合,不同震级作用下通过该方法均能给出较为合理的系数。本文结果可为长短桩复合桩基的抗震性能提供重要参考,实际工程中,通过调整桩径,桩长,短桩数量等参数,可以提出更为合理的设计施工方案。