地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力响应特性

为研究强震作用下桩-土-断层非线性动力响应特性,依托海文大桥实体工程,选取4种类型(5010波、5002波、Kobe波和El-Centro波)地震波,通过建立桩-土-断层相互作用模型,利用MI?DAS/GTS有限元分析软件,研究断层上、下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及剪力响应情况.结果表明:4种类型地震波...     

地裂缝场地建筑结构动力响应特征及抗震设防研究

为研究地震作用下地裂缝场地建筑结构的动力响应特征,以西安地裂缝场地为研究背景,分别考虑独立基础、片筏基础、桩基础和桩筏基础上的框架结构,对结构峰值加速度、层间位移等动力响应特征及其影响因素和影响规律进行系统研究.研究结果表明:(1)地裂缝附近场地上的结构加速度响应和层间位移响应具有明显的放大效应,动力响应峰值随着距地裂缝距离的增大逐渐减小,最终趋于稳定,放大效应的影响范围约为24m,此范围内的结构需提高抗震设防水平;(2)结构的峰值加速度随层高的增大而增大,整体呈现出“S”形,层间位移角随层高的增大先增大后减小,二者均表现出明显的“上盘效应”,即上盘结构响应强于下盘,且随着输入地震动强度的增大,上、下盘结构动力响应差异进一步扩大,上盘效应愈发显著;(3)片筏基础、桩基础和桩筏基础结构的加速度响应接近,而独立基础结构的加速度与前三者差异明显,但随着楼层的增大,基础形式对结构层间位移角的影响逐渐减弱;(4)上、下盘结构的峰值加速度、峰值位移大小及峰值出现的时间等存在一定差异,这是由于地震波经过地裂缝时发生复杂的反射和折射,结构受到非一致性激励造成的.     

单桩-土-结构振动台试验模型数值计算分析

为研究地震荷载作用下桩基-土-核电结构的抗震性能及土结动力反应规律,对拟开展的地震模拟振动试验模型进行数值计算分析。核电工程结构上部质量大和刚度大,试验模型不同于一般的工程结构,为检验振动台试验模型设计、传感器布设方案,对试验模型进行了数值模拟。数值模拟以单端承桩为研究对象,计算了上部结构质量和刚度变化时,在脉冲荷载及基于RG1.60谱人工合成地震动作用下桩身的地震反应规律。数值模拟表明:在水平地震动作用下,桩身剪力和弯矩包络线呈"X"状分布,桩底和顶处剪力弯矩较大;上部结构质量越大,桩身的剪力与弯矩越大;上部结构的刚度越大,桩身的剪力与弯矩越小;随着上部结构质量的增大和刚度的减小,反弯点逐渐向桩顶移动。桩顶发生最大位移时所对应的桩身挠度随着上部结构质量的增加而增大并且随着上部结构刚度的增大而减小。土层分界面处,桩身内力发生突变。此外,在脉冲荷载输入下,桩身反弯点位置与输入荷载的周期有关。计算结果为振动台试验模型设计提供了理论依据。     

场地条件对地表峰值加速度的放大效应分析

在研究西安地区大量钻孔资料的基础上,构造了44个不同等效剪切波速和覆盖层厚度场地条件下的典型场地剖面,利用一维等效线性化地震反应分析方法,计算了不同场地在3种不同强度的地震动输入下的地面峰值加速度,分析了地震动峰值加速度放大系数ks随场地类别、等效剪切波速Vse、覆盖层厚度H和输入地震动强度ar的变化特征,指出了按场地类别对地震动峰值加速度调整存在的问题。分析结果表明,加速度放大系数随等效剪切波速、覆盖层厚度及基岩输入地震动强度的增大而减小;等效剪切波速对加速度放大系数的影响大于覆盖层厚度的影响,随着输入地震动强度的增大,覆盖层厚度对加速度放大系数的影响成份有逐渐加大的趋势;覆盖层厚度对加速度放大系数的影响程度随着等效剪切波速的增大而逐渐减弱;加速度放大系数与场地等效剪切波速和覆盖层厚度之间具有较高的拟合度的统计回归关系。由此提出了直接用场地等效剪切波速和覆盖层厚度对地震动峰值加速度进行调整的新途径。最后,就地震动峰值加速度随场地条件的调整方法,提出了有待进一步研究的问题。     

液化土中斜群桩承台动力响应特性及桩身弯矩分布规律研究

为研究动荷载作用下饱和砂土发生液化前后斜群桩的动力响应相关问题,利用土工离心机振动台进行了饱和砂土场地条件下的斜群桩物理模型试验。通过试验分别对土层响应、桩身弯矩以及桩顶承台加速度和位移等进行了详细分析,得到了如下结论:不同荷载作用下土层液化范围的改变导致了土层加速度峰值出现了不同程度的放大或缩小现象;砂土液化前后桩身动弯矩和残余弯矩对整个桩身的影响程度发生了显著变化,尤其在砂土大范围液化后残余弯矩相比动弯矩的影响明显减弱;当输入加速度峰值较小时,桩顶承台水平加速度峰值与振动台台面比较出现了明显的放大现象。而随着输入加速度峰值的增加,在振动后期承台水平加速度峰值出现了缩小的现象,同时在振动结束后承台产生了明显的动态残余位移。本研究取得的相关结论为液化土中斜群桩的相关研究以及工程设计提供参考。     

地震作用下液化场地变截面桩与等截面桩的动力响应对比分析

为研究液化场地变截面桩的动力响应,依托翔安大桥实体工程,采用有限元软件,建立变截面桩－土和等截面桩－土相互作用模型,模拟液化场地变截面桩及等截面桩在地震作用下的振动反应,分析在地震作用下变截面位置不同的变截面桩及等截面桩的动力响应特征。结果表明:地震作用下,液化土层不同深度处的孔压比变化规律基本相同,均从0逐渐增大最后趋于稳定;变截面桩的桩身加速度和桩身位移均大于等截面桩,且桩顶加速度峰值出现的时刻均滞后于桩底;在饱和砂土层处,桩身位移变化趋势均较陡;变截面桩的桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值均大于等截面桩,且其峰值出现的位置较等截面桩深;地震作用下,变截面桩及等截面桩的弯矩与剪力均在安全范围之内;液化场地变截面梁桥桩基础抗震设计时,应着重分析液化土层与非液化土层分界面以下的抗弯能力设计及液化土层中抗剪能力设计。     

峰值速度对单自由度体系地震反应的影响分析

研究了在加速度反应谱与峰值位移不变的条件下,输入地震动峰值速度对单自由度体系动力反应、尤其是弹塑性反应的影响。首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成加速度反应谱和峰值位移相同,但峰值速度相差1倍的两组人工地震动时程。其次,按照《建筑抗震设计规范》的要求,将合成的输入地震动标定为不同设防烈度区下多遇地震的加速度峰值,进行结构弹性计算,结果表明:输入地震动峰值速度的变化对结构弹性反应基本无影响。然后,将输入地震动标定为相应烈度区下罕遇地震的加速度峰值,并以上述多遇地震下弹性反应的最大变形作为罕遇地震作用下结构弹塑性分析的屈服变形,进而分析输入地震动峰值速度变化对结构弹塑性反应的影响规律。其结果表明,峰值速度的增大将会明显增大中长周期结构弹塑性位移反应和速度反应,且这种放大效应对位移反应尤为显著。这种规律在不同烈度区基本具有一致性,随着烈度增大,输入地震动峰值速度的增大引起的大部分中长周期结构弹塑性位移及速度反应的放大效应减小。因此,在进行结构动力分析时,应充分考虑输入地震动峰值速度变化对计算结果的影响。     

2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征

选取分布在北川-映秀中央断裂两侧断层距120 km以内的40个强震动台站的记录,对汶川地震近断层地震动竖向和水平向加速度峰值、速度峰值、竖向和水平向加速度反应谱及谱比值进行了统计分析.研究表明:(1)地震动加速度峰值有显著的上盘效应,经验衰减模型的结果表明,在距地表破裂3~60 km的范围内,龙门山发震断层上盘一侧竖向与水平向的加速度峰值要比衰减模型得到的平均值大30%~40%.上盘的加速度峰值残差大部分是正值,而断层下盘残差大部分为负;水平地震动的东西分量幅值总体要大于南北分量,东西分量衰减相对较慢.(2)地震动长周期成分较弱,加速度反应谱值随周期增大而迅速减小,在周期1.0 s 时,即使在靠近中央断裂的最大加速度反应谱值也只有0.5 g;地震动加速度反应谱谱比值(竖向/水平向)沿龙门山断层周围的分布,在较长周期(T=0.2 s, 0.5 s, 1.0 s)与短周期(T=0.05 s, 0.1 s)有明显的不同.(3)近断层竖向地震动显著,地震动加速度峰值比在(竖向/水平向)可达1.4.在龙门山发震断层的上盘,地震动加速度峰值比整体上比下盘要大,竖向地震动尤为剧烈.部分近断层记录的地震动谱比值(竖向/水平向)在短周期(< 0.1 s)甚至超过1.5,统计分析还表明谱比值在短周期段(< 0.1 s)随断层距的增大而减小.     

型钢混凝土异形柱框架非线性地震反应分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架在输入地震动作用下的非线性反应,采用Opensees平台建立有限元模型进行数值模拟。经试验结果和Sap2000计算结果的验证,Opensees的计算结果较为合理。根据计算结果,给出SRC异形柱框架在El Centro波、Taft波和兰州波作用下的位移、加速度、基底剪力等时程曲线,并对其进行了分析。结果表明,SRC异形柱框架在地震作用下的变形整体上呈剪切型,位移曲线沿高度呈倒三角分布;随着输入地震动加速度峰值的增大,SRC异形柱框架的加速度反应动力放大系数逐渐减小,基底剪力的增长速度为先快后慢。     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

Shake table test of soil-pile groups-bridge structure interaction in liquefiable ground

<正>This paper describes a shake table test study on the seismic response of low-cap pile groups and a bridge structure in liquefiable ground.The soil profile,contained in a large-scale laminar shear box,consisted of a horizontally saturated sand layer overlaid with a silty clay layer,with the simulated low-cap pile groups embedded.The container was excited in three E1 Centra earthquake events of different levels.Test results indicate that excessive pore pressure(EPP) during slight shaking only slightly accumulated,and the accumulation mainly occurred during strong shaking.The EPP was gradually enhanced as the amplitude and duration of the input acceleration increased.The acceleration response of the sand was remarkably influenced by soil liquefaction.As soil liquefaction occurred,the peak sand displacement gradually lagged behind the input acceleration;meanwhile,the sand displacement exhibited an increasing effect on the bending moment of the pile,and acceleration responses of the pile and the sand layer gradually changed from decreasing to increasing in the vertical direction from the bottom to the top.A jump variation of the bending moment on the pile was observed near the soil interface in all three input earthquake events.It is thought that the shake table tests could provide the groundwork for further seismic performance studies of low-cap pile groups used in bridges located on liquefiable groun.     

近断层地震动作用下风机塔地震反应分析

为了研究近断层地震动速度脉冲及强竖向地震动对风机塔地震响应的影响,以某陆上风电场1.5 MW风机塔为研究对象开展了结构在水平向脉冲型地震动、水平向非脉冲型地震动、水平与竖向地震动组合3种地震输入工况的时程分析。通过3种工况下塔顶位移时程、加速度时程、塔底剪力、弯矩及轴力的对比分析发现:近断层速度脉冲对结构塔顶水平位移、塔顶水平加速度、塔底剪力与弯矩均影响显著;竖向地震动会加大结构的塔顶竖向加速度响应及塔底轴力响应;随着竖向与水平加速度峰值比增大,塔顶竖向加速度响应增大,最大轴力随着峰值比增大而增大,最小轴力随着峰值比增大而减小。此外,增量动力分析表明,采用自接触的有限元模型可以更真实地预测风机塔的失稳破坏机制。     

地震作用下夯土城墙动力响应分析——以山丹明长城为例

2022年1月8日门源M6.9地震造成山丹明长城局部破坏。为研究此次地震作用下夯土城墙的动力响应与破坏特征,基于地震现场考察结果,采用振幅等效处理后的记录地震波为输入地震动,开展双向地震荷载作用下夯土城墙的动力响应数值分析,研究不同位置测点的最大位移、峰值加速度与墙体应力分布特征,探讨地震导致夯土城墙破坏的主要内因。研究结果表明：双向地震荷载作用下,墙体位移和峰值加速度(PGA)随着高度的增加逐渐增加,但距墙体底部0.5 m高度范围内PGA放大效应不明显,最大位移、加速度均出现在墙体顶部裂缝位置处;水平地震荷载作用下墙体的地震动响应更为显著;墙体的最大主应力、最大剪应力均出现在有裂缝处的底端掏蚀悬空部位,墙体裂缝、夯筑搭接、掏蚀悬空处应力集中明显;裂缝对夯土城墙的地震动放大效应在一定高度范围内表现为弱化作用,但随高度增加逐渐过渡为强化作用;裂缝可显著增强墙体顶部地震动响应,可能是本次地震诱发城墙破坏的主要内因。研究成果可为古城墙遗址的加固修缮提供科学指导。     

液化侧扩流场地桥梁群桩效应分析

基于u-p有限元公式模拟饱和砂土中水和土颗粒完全耦合效应,建立液化侧向流场地群桩动力反应分析的三维数值模型。模型中,砂土采用多屈服面弹塑性本构模型模拟、黏土采用多屈服面运动塑性模型模拟,群桩在计算过程中保持线弹性状态;采用20节点的六面体单元和考虑孔压效应的20-8节点分别划分黏土层和饱和砂层;选用剪切梁边界处理计算域的人工边界,模拟地震过程中土层的剪切效应;应用瑞利阻尼考虑体系的阻尼效应。随后对比分析2×2群桩中各单桩的地震反应规律,结果表明,各单桩的弯矩、位移时程规律基本一致,峰值弯矩及峰值位移出现时刻滞后于输入加速度峰值时刻,上坡向桩的弯矩和位移峰值大于下坡向的桩的反应值。接着通过改变桩间距研究群桩效应,随着桩间距增加,群桩中各单桩的弯矩最大值均出现在土层分界处,且各单桩的弯矩、桩顶位移逐渐增大。最后给出液化侧向流场地群桩效应的基本原因,得出该类场地群桩抗震设计的基本认识。     

Behavior of braced excavation in sand under a seismic condition: experimental and numerical studies

The behavior of braced excavation in dry sand under a seismic condition is investigated in this paper. A series of shake table tests on a reduced scale model of a retaining wall with one level of bracing were conducted to study the effect of different design parameters such as excavation depth, acceleration amplitude and wall stiffness. Numerical analyses using FLAC 2D were also performed considering one level of bracing. The strut forces, lateral displacements and bending moments in the wall at the end of earthquake motion were compared with experimental results. The study showed that in a post-seismic condition, when other factors were constant, lateral displacement, bending moment, strut forces and maximum ground surface displacement increased with excavation depth and the amplitude of base acceleration. The study also showed that as wall stiffness decreased, the lateral displacement of the wall and ground surface displacement increased, but the bending moment of the wall and strut forces decreased. The net earth pressure behind the walls was influenced by excavation depth and the peak acceleration amplitude, but did not change significantly with wall stiffness. Strut force was the least affected parameter when compared with others under a seismic condition.     

地震反应分析中输入界面的选取对地表地震动参数的影响

地震反应分析中输入界面选取合理与否对设计地震动参数有重要影响。基于唐山地区钻孔剖面,分别选取剪切波速为500m/s的硬黏土和800m/s的岩石顶面作为基岩输入界面,采用一维等效线性化方法讨论中硬场地输入界面的选取对地表地震动参数的影响,结果表明:(1)地表峰值加速度放大倍数及地表加速度反应谱特征周期都随输入界面深度的增加而递增,且这种递增与输入地震动的强度及频谱特性都有密切联系;(2)随着输入界面深度的增加,地表加速度反应谱几乎全频段内增大,仅在短周期内出现减小的情况,但幅度十分有限;(3)中硬场地地震反应分析中基岩输入界面宜取剪切波速为800m/s的土层顶面。