液化场地桥梁群桩基抗震分析简化方法

基于已完成的液化场地土—桩—桥梁结构地震相互作用振动台试验,利用两步法、等效单桩法,建立了液化场地群桩基础抗震分析的动力非线性文克尔地基梁模型。该模型考虑了桩—土相互作用的影响。首先,按照等刚度原则将群桩简化为等效单桩;其次,选用弹簧元件和阻尼原件并联的宏单元模拟桩—土动力相互作用;然后,计算地震作用下自由场地的土体位移和孔压比;最后,将地震作用下自由场地土体位移和孔压比作为模型的外部激励,计算桩的动力反应规律。将简化方法计算结果与液化场地桥梁桩基振动台试验结果进行对比发现,两者吻合较好,验证了简化方法的正确性。     

液化场地桥梁足尺桩抗震简化分析方法

采用国际VELACS项目中离心机试验标定的内华达砂的动力计算参数,建立液化场地足尺桩-土动力相互作用分析的三维有限元模型;获得不同幅值的正弦波作用下桩-土动力相互作用的p-y曲线,修正并发展一种可用于液化场地桩-土动力相互作用分析的宏单元模型,并基于非线性文克尔地基梁模型建立桥梁足尺桩抗震分析的数值模型与简化方法,通过有限元分析结果验证该简化方法的正确性。     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验研究进展

本文在全面归纳与总结液化场地桩－土－桥梁结构动力相互作用振动台试验及与之相关领域的国内外研究进展基础上，直接针对我国桥梁工程中的主要震害问题，提出在我国开展液化场地桩－土－桥梁结构动力相互作用振动台试验研究的必要性，并阐述作者对液化场地桩－土－张桥梁结构动力相互作用振动台试验中若干问题的认识。     

桩-液化土相互作用p-y关系分析

基于多工况的桩-液化土体动力相互作用振动台试验,研究地震荷载作用下液化土层中桩土间侧向相互作用力p与桩身和土体间侧向相对位移y之间的关系。将试验得到的实际p-y曲线与采用拟静力法和以API规范为基础的折减系数法计算出的p-y曲线进行对比,结果表明:(1)液化土层中试验得到的桩真实p-y响应及由拟静力法和折减系数法得到的结果都呈非线性变化,三者极限状态有接近一致的趋势,但变化过程差异明显;(2)采用拟静力法和折减系数法都会使液化土层桩基础侧向反力迅速增长,很快达到屈服极限,远远超过实际情况,会导致相当保守的结果;(3)液化进程中控制桩p-y响应的是土体位移而非惯性力,因而拟静力法和折减系数法的原理不适合桩-液化土体动力相互作用分析,不能用于液化土层中桩基础地震响应的计算。     

液化微倾场地群桩-土动力相互作用p-y曲线特性

基于OpenSees计算软件建立液化微倾场地群桩-土动力相互作用有限元模型,分析液化微倾场地饱和砂土p-y曲线特性,系统研究了场地倾斜角度、桩径、地震作用幅值和基桩位置对饱和砂土动力p-y曲线特性影响。研究表明:土体即将液化时,桩基土反力达到峰值;土体液化后,土体表现出了流体特性;土反力峰值、桩土相对位移峰值和初始刚度随场地倾斜角度增加而增大;桩径越大,液化砂土的耗能效应越明显;随着地震作用幅值的增加,桩土相对位移峰值和土反力峰值也随之增加;液化微倾场地上坡桩受到的土体侧向流动力大于下坡桩。     

液化场地桥梁群桩-土耦合体系强震反应分析

针对振动台试验,采用u-p形式控制方程表述饱和砂土的动力属性,选用土的多屈服面塑性本构模型刻画饱和砂土和黏土的力学特性,引入非线性梁-柱单元模拟桩,建立试验受控条件下液化场地群桩-土强震相互作用分析的三维有限元模型,并通过试验结果验证数值建模途径与模拟方法的正确性。以实际工程中常用的2×2群桩为例,建立桩-土-桥梁结构强震反应分析三维有限元模型。基于此,针对不同群桩基础配置对液化场地群桩-土强震相互作用影响展开具体分析。对比发现,桩的数量相同时,桩排列方向与地震波输入方向平行时比垂直时桩基受力减小5%~10%,而对场地液化情况无明显影响;相同排列形式下,三桩模型中土体出现液化的时间约比双桩模型延缓5s,桩上弯矩和剪力减小33%~38%。由此可见,桩基数量增加,桩-土体系整体刚度更大,场地抗液化性能显著,桩基对上部桥梁结构的承载性能明显增强,其安全性与可靠性更高。这对实际桥梁工程抗震设计具有一定的借鉴意义。     

可液化倾斜场地中桩基动力响应振动台试验研究

为研究倾斜场地中桩基的动力响应,以2011年新西兰地震中受损的Dallington桥为原型,设计并完成可液化倾斜场地桥梁桩-土相互作用的振动台模型试验。试验再现了喷砂、冒水、地裂缝、场地流滑等宏观现象。试验结果表明,土层足够的液化势及惯性是造成倾斜场地侧向流滑的必要条件;浅层土相比深层土更易液化,液化层中的加速度由下至上呈现逐渐衰减的趋势,而未液化砂土层却表现为逐渐增大的特征;深部测点的桩侧土压力明显大于浅部测点,且土体的液化会弱化土对结构的压力;结构应变最大值位于上部桥台,而结构弯矩在桩身中部及土层分界面附近出现两个较大值,桩端嵌固及倾斜场地流滑是造成出现两个弯矩较大值的主要原因。     

地震作用下可液化土层水平受荷桩基力学响应分析

地震作用下可液化场地桩土相互作用研究是解决可液化场地桩基抗震问题的有效途径。本文基于p-y曲线方法,通过Cu因子法建立地震过程中可液化地层的典型p-y曲线模型。结合有限差分原理,建立了水平受荷单桩在地震作用下的水平附加响应计算方法,通过实例验证了该计算方法的合理性。最后控制变量,利用该方法进行了一系列的参数分析。研究结果表明:可液化地层厚度、桩基受荷水平和液化程度对于地震液化引起的受荷桩基水平附加响应的影响都较为显著;桩身附加挠度和附加弯矩均随着受荷载水平或液化程度的增大而呈非线性形式增大,且受荷水平或液化程度越高,增长速率越大。     

可液化场地桥梁桩基改进m值法研究

为了合理分析可液化场地桥梁桩基侧向承载力进行了改进m值法的研究。基于振动台试验和m值法,建立了桩-土相互作用体系有限元分析模型;引入反映可液化砂层侧向承载力衰减状态的孔压比指标值Ru;将不同时刻对应墩顶配重惯性力作为体系外部激励施加于墩顶;通过不断试算液化过程中砂土的m值,保证桩的弯矩计算值与试验值吻合较好。建立了考虑孔压比效应的砂土m值衰减因子p与Ru之间关系式。最后,推荐给出可液化场地桥梁桩基侧向承载性能分析的改进m值法。     

承台型式对可液化场地桥梁桩-柱墩地震响应影响振动台试验

基于相同土层结构地基条件下,分别采用低承台群桩-独柱墩与高承台群桩-独柱墩结构,完成了两次可液化场地群桩-土-桥梁结构地震反应振动台试验,据此研究了承台型式对桥梁桩-柱墩地震反应的影响。研究表明,与高承台桩相比,可液化场地中低承台桩的抗震性能更优;地震中砂层尚未液化或液化不充分时,低承台更多表现出减弱桩尤其桩上段的加速度反应的作用,相反高承台更多起到放大桩的加速度作用,而高承台桩与低承台桩的峰值应变自下而上更多表现出逐渐增大趋势;即使砂层完全液化时,低承台桩的峰值应变自下而上仍以渐增为主;与低承台桩相比,高承台桩更有助于放大墩顶加速度、位移反应,对结构体系整体稳定性产生了不良影响;虽然低承台桩未出现严重破坏,但砂层中部桩的应变却很大,液化砂土-桩运动相互作用对桩的抗震性能影响不容忽视。     

埋深对地铁车站地震反应的影响分析

关于埋深对地下结构地震反应的影响的研究对象多见于地下隧道,对地铁车站地震反应受埋深影响变化规律缺乏深入研究。本文基于ANSYS有限元软件,采用改进的简化方法建立三种不同埋深的地铁车站结构有限元模型,以两种基岩波的水平向和竖向地震动作为激励,求解各模型中地铁车站结构重要部位的地震反应。分析不同埋深时地铁车站结构惯性作用、侧面土体和上部土体三个因素对地铁车站地震反应的影响情况。分析结果表明:在双向地震作用下,地铁车站侧壁弯矩、剪力、轴力和中柱轴力随埋深的增加而增加,中柱剪力和弯矩随埋深增加而减少。埋深越深,侧面土体对地铁车站地震反应影响越大;上部土体使中柱轴力不断增加;结构自身的惯性作用对其地震反应的贡献逐渐减小。     

中日规范中关于液化和侧向扩流场地桥梁桩基抗震设计考虑之比较

评述了我国液化场地和侧向扩流场地桥梁桩基抗震设计规范。总结了中日两国液化场地和侧向扩流场地桥梁桩基的抗震设计方法与技术细节,阐述了日本规范中液化场地和侧向扩流场地桥梁桩基抗震设计中的液化地基土反力折减系数的确定方法,以及土体液化侧向扩流对桩作用力的计算模式。指出我国规范中在液化和侧向扩流场地桩的抗震分析方法、不同土层分界处桩的抗震措施、桩的竖向承载力及桩的屈曲稳定性分析等方面存在的主要问题,据此给出了亟待改进的初步建议。这对我国桥梁工程的抗震安全性具有重要意义,可供我国工程技术人员参考借鉴。     

Soil–pile-bridge structure interaction in liquefying ground using shake table testing

The evaluation of seismic pile response is particularly useful for geotechnical engineers involved in the design of foundations in liquefying site. Shake table testing was performed to study the dynamic interactive behavior of soil–pile foundations in liquefying ground under different shaking frequency and amplitude. The soil profile consisted of a clayey layer over liquefiable sand over clay. The model was tested with a series of El Centro earthquake motions with peak accelerations ranging from 0.15g to 0.50g, and time step from 0.006 to 0.02 s. Representative data, including time histories of accelerations and excess pore pressure ratios that characterize the important aspects of soil–pile interaction in liquefying ground are presented. The shaking frequency has no significant effect on the magnitudes of excess pore pressure ratio, ground and pile accelerations and pile bending moments. Excess pore pressure ratio, ground acceleration and pile acceleration, and pile bending moment largely depend on the shaking amplitude.     

四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中,强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用,反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用,此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例,用动力时程分析的计算结果作为校核,分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度,再结合常用的反应位移法,对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时,侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小,反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感,反应位移法在角点造成的误差最大。     

活动支座摩擦作用对连续梁桥固定支座剪力的影响

目前认为活动支座摩擦作用对连续梁固定支座剪力起有利的降低作用,抗震分析时一般忽略活动支座摩擦作用的影响。为了研究连续梁桥活动支座摩擦作用对固定支座剪力地震反应的影响,建立了考虑活动支座摩擦作用的连续梁桥抗震分析有限元模型,计算了各种情况下的固定支座剪力。研究发现,活动支座摩擦作用并不是在任何情况下都是有利的,根据分析结果给出了需要考虑活动支座摩擦力的情况,提出固定支座剪力简化计算公式需要综合考虑结构的自振特性及场地反应谱的影响。     

On the seismic performance of straight integral abutment bridges: From advanced numerical modelling to a practice-oriented analysis method

The seismic performance of integral abutment bridges (IABs) is affected by the interaction with the surrounding soil, and specifically by the development of interaction forces in the embankment-abutment and soil-piles systems. In principle, these effects could be evaluated by means of highly demanding numerical computations that, however, can be carried out only for detailed studies of specific cases. By contrast, a low-demanding analysis method is needed for a design-oriented assessment of the longitudinal seismic performance of IABs. To this purpose, the present paper describes a design technique in which the frequency- and amplitude-dependency of the soil-structure interaction is modelled in a simplified manner. Specifically, the method consists of a time-domain analysis of a simplified soil-bridge model, in which soil-structure interaction is simulated by means of distributed nonlinear springs connecting a free-field ground response analysis model to the structural system. The results of this simplified method are validated against the results of advanced numerical analyses, considering different seismic scenarios. In its present state of development, the proposed simplified nonlinear model can be used for an efficient evaluation of the longitudinal response of straight IABs and can constitute a starting point for a prospective generalisation to three-dimensional response.     

某核电站结构-设备相互作用的地震反应分析

为研究核电站结构-设备相互作用的地震反应,针对某高温气冷堆核电站反应堆进行结构与设备相互作用的地震反应分析研究,通过对考虑与不考虑结构-设备相互作用的模型进行对比,开展模态分析、设计基准地震动下和超设计基准地震动下的动力特性分析以及楼层反应谱分析,结果表明:考虑剪力墙主体结构与设备的相互作用后,结构的地震反应减小,层间剪力最大减小60%,水平向楼层反应谱峰值减小为不考虑相互作用时的40%,提高了结构与设备的安全性,并为设备抗震设计提供依据。但竖向楼层反应谱在结构竖向周期附近有放大作用,建议在设备抗震设计时予以注意。     

刚性桩复合地基抗震计算的一种简化方法

应用广泛的刚性桩复合地基目前其抗震设计还没有足够简便的计算方法,工程设计中对其抗震设计往往予以回避。本文首先介绍了笔者之前的一种对刚性桩复合地基进行抗震分析的拟静力方法,进而对其中有关上部结构惯性作用对桩身内力影响的计算部分进行了进一步简化,之后通过多种设计工况及实际土层条件下的计算对比,验证了改进方法的可行性。还对上部结构惯性作用的影响深度、地基分层对桩身内力的影响等进行了讨论。