液化场地重力式桥台震害模式及地震响应研究

地震液化区的桥台震害是桥梁结构的一种重要震害形式。以1976年唐山地震中发生震害的胜利桥为例,采用UWLC软件对胜利桥震害进行了数值模拟分析。研究液化场地重力式桥台的震害模式与地震响应,并将数值模拟结果与实际震害结果进行了对比验证;研究了桥台顶端侧向约束力和桥台底部液化层厚度对桥台震害模式的影响,并对桥台的两种不同地基处理措施的抗震效果进行了分析。研究结果表明:数值模拟结果与实际震害结果基本一致;梁的约束力对桥台的震害模式影响较大,进行桥台震害分析应考虑梁的约束力作用;桥台底部液化层厚度对桥台的震害模式影响不大。     

液化场地桥台地震破坏模式研究综述

桥台是连接桥梁和路堤的重要结构,在桥梁的整个结构中占据了极其重要的位置。桥台破坏不仅引起自身功能丧失,还可能引发落梁等震害,并最终导致桥梁垮塌。而位于液化场地中的桥台,地震对其影响非常严重。目前国内对桥台震害的研究与我国快速发展的桥梁建设相比仍然不足。在查阅了大量国内外文献资料的基础上,针对液化场地桥台地震破坏模式的研究现状进行深入分析,总结了目前关于液化场地桥台震害破坏原因及破坏模式影响因素等问题的研究成果,论述了目前研究中存在的问题及以后的研究方向,探讨了地震区桥台震害研究领域需要解决的问题。     

地震液化区桥台滑坡数值模拟

桥台在桥梁系统中占据重要位置,桥台的稳定性直接影响到桥梁的抗震性能。在国内外大量震害中发现大量由桥台破坏引起的桥梁损坏,而且这些破坏常常伴随着由于液化引起的地面大变形。为研究液化场地中桥台滑坡机理,采用完全耦合的有效应力分析方法,利用修正的PasterZienkiewicz Mark-Ⅲ模型来模拟砂土在地震荷载作用下的液化特性。研究台顶梁重和液化层位置对桥台位移的影响,并分析夯实作用对砂土液化的影响。结果表明:模拟得出结果与振动台试验结果基本一致,而且简单的夯实不能降低砂土液化的风险。     

桥梁桩基震害特点及其破坏机理

20世纪60年代以来,国内外发生了多次强震,如日本神户地震、日本新泻地震、台湾集集地震、美国洛马普列塔地震等。在这些地震中大量的桥梁桩基遭到破坏,破坏形式复杂多样,如土体液化引起的桩基下沉、桩帽与承台的连接失效、桩基随土体侧移引起落梁等。本文总结概括了这些震害特点,详细讨论了非液化场地和液化场地上桥梁桩基的破坏模式,分析总结了桥梁桩基破坏机制。最后,结合桥梁工程结构特点,针对桥梁工程选址以及桩基抗震构造措施等方面简要提出了建设性建议。     

青海玛多7.4级地震桥梁工程震害特性分析

2021年5月22日青海果洛州玛多县发生7.4级地震,导致了显著的桥梁结构震害。本文基于现场调查,介绍了野马滩大桥、野马滩2号桥、黑河中桥、吾儿美岗大桥和雅娘黄河桥的典型震害特征。进一步结合地震断裂与桥位关系、地震台站的地震动记录与特性分析,初步分析了各桥的地震致灾要素和结构失效机理。野马滩大桥和野马滩2号桥整体划一的落梁震害可能系近断层法向的方向性效应所致;黑河中桥的结构轻微震害应系桥台的纵向约束作用,整个桥梁的纵向地震响应类似于整体式桥;吾儿美岗大桥结构南北方向的地震响应高于东西方向,同时减隔震支座与上、下部结构的有效锚固是发挥其减震耗能功效的必要保证;雅娘黄河桥未见水平方向地震作用所导致的显著震害特征,初步推断墩底的压溃破坏可能系震中竖向地震动所致。     

玛多地震中大野马岭大桥震害机理分析

2021年5月22日青海玛多发生了M_s7.4级地震,从地震中桥梁震害情况看:此次地震的特点是断层北侧震害轻,南侧震害重。位于断层南侧的野马滩大桥是简支梁桥,发生大量落梁,是此次地震中受损最为严重的大桥之一;而位于北侧的大野马岭大桥是连续梁桥,仅发生了部分挡块开裂。其中原因值得深入研究。本文通过有限元分析软件Midas/Civil建立大野马岭大桥（上行线）模型,进行地震反应分析,讨论分析了大野马岭大桥在此次地震中的震害机理。发现南北向的地震动是造成该桥横向挡块破坏的主要原因,东西向地震动因受到桥台和纵向挡块的约束并没有出现严重损伤。若将该桥由连续梁桥变成简支梁桥,地震反应会有所变化,但总体趋势特点变化并不大。另外,本文通过现有资料选定5组地震动作为输入,进行地震反应分析,比较分析不同地震动对该桥的影响,并验证地震动模拟效果。     

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。     

核电核岛嵌岩桩地基动力响应及液化分析

运用三维有限元差分软件FLAC3D对混凝土桩加固的地基建立模型,对天然地基以及桩基地震液化前后地基模型的加速度、位移以及桩基的液化情况等进行数值模拟和系统对比分析,得到4种工况地基的加速度变化情况以及地基液化特点。计算结果表明加速度在非液化层传播呈放大趋势,而液化层对地震波的传播有明显削弱作用。在相同地震动作用下,天然地基的超孔压比值超过0.75的单元略多于桩基,桩对消除地基液化作用有限。研究成果可以作为类似的工程实例的参考。     

液化侧扩流场地桥梁桩基抗震研究进展

震害调查表明,强震下液化侧扩流场地桥梁桩基破坏严重。为此,国内外学者针对液化侧扩流场地桥梁桩基抗震问题开展了大量卓有成效的研究尝试。本文系统总结并评述了液化侧扩流场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的基本规律、力学机理、荷载特征与失效机制及其影响因素等的研究成果,全面阐述了液化侧扩流场地桥梁桩基抗震方面的试验、分析方法与数值模拟技术的最新进展,并指出这类场地桩基抗震研究尚存在的主要问题与亟待解决的难题。这项工作对我国桥梁工程的抗震安全性具有重要意义,可供我国研究人员与工程师参考借鉴。     

汶川大地震液化的特点及带来的新问题

总结汶川8.0级大地震液化及其震害科学考察结果,分析此次地震液化带来的新问题.结果表明,汶川大地震中液化及其震害现象显著,是建国以来液化涉及区域最广、液化宏观现象最为丰富的一次;本次地震液化宏观现象特点为喷水高、持时短、喷砂量小但喷砂类型十分丰富;砂砾土液化、Ⅵ度区内场地液化、深层土液化、无液化减震以及液化普遍伴随地裂缝是此次地震液化5个突出特征;砂砾土液化判别技术、液化引起地表裂缝机理和预测方法、Ⅵ度区内场地液化与深层土的液化机理和预测方法、液化加减震发生条件、场地液化现场判定与识别技术等是新的课题.为解决上述问题,应优先发展岩土地震工程观测技术及建设岩土地震工程实验场.     

高原大桥桥台地震破坏机理与抗震措施分析

通过现场震害调查和有限元分析,研究了汶川大地震高原大桥桥台的地震破坏机理和提高桥台抗主梁撞击能力的工程措施。研究表明,基于pushover静力分析技术可较好地模拟桥台在主梁撞击下的破坏形态。对不同的有限元模型假定,高原大桥虹口侧桥台可表现出"上弱下强"、"上下等强"和"下弱上强"等3种不同的破坏模式,且桥台胸墙、前墙、前墙与翼墙交界面是抗震薄弱点,在主梁撞击下易发生脆性开裂;而高原侧桥台的破坏则基本为自胸墙开始,沿45°夹角向斜下方扩展,最终导致桥台胸墙撞碎、后侧翼墙脱落倒塌。素混凝土桥台在主梁撞击下表现出明显的脆性,提高桥台混凝土强度可有效增大桥台抗撞击的强度,而在桥台混凝土中配置一定量的分布钢筋则可有效延缓桥台破坏过程。     

液化土中输流管道的竖向地震响应研究

砂土液化是埋地管道遭受地震破坏的主要原因之一。液化土对管道产生上浮力,使管道发生上浮反应,它是随地震发生时间而变化的动态过程。将地震载荷作用下的液化区埋土管道模拟成两端弹性支承的直梁模型,考虑管-土间的相互作用和管内流体与管道之间的流固耦合作用,采用模态叠加法对液化区埋地管道进行地震响应的动态分析,探讨了管道和液化土参数对管道动态上浮反应的影响。通过数值仿真得到了管内流体的流速、流体压力、流体密度、管截面轴向力,管道黏弹系数、液化土容重和相对弹簧系数、地震加速度幅值等因素对管道上浮位移的影响情况。     

Development of fragility functions for geotechnical constructions: Application to cantilever retaining walls

Fragility curves constitute an emerging tool for the seismic risk assessment of all constructions at risk. They describe the probability of a structure being damaged beyond a specific damage state for various levels of ground shaking. They are usually represented as two-parameter (median and log-standard deviation) cumulative lognormal distributions. In this paper a numerical approach is proposed for the construction of fragility curves for geotechnical constructions. The methodology is applied to cantilever bridge abutments on surface foundation often used in road and railway networks. The response of the abutment to increasing levels of seismic intensity is evaluated using a 2D nonlinear FE model, with an elasto-plastic criterion to simulate the soil behavior. A calibration procedure is followed in order to account for the dependency of both the stiffness and the damping on the soil strain level. The effect of soil conditions and ground motion characteristics on the global soil and structural response is taken into account considering different typical soil profiles and seismic input motions. The objective is to assess the vulnerability of the road network as regards the performance of the bridge abutments; therefore, the level of damage, is described in terms of the range of settlement that is observed on the backfill. The effect of backfill material to the overall response of the abutment wall is also examined. The fragility curves are estimated based on the evolution of damage with increasing earthquake intensity. The proposed approach allows the evaluation of new fragility curves considering the distinctive features of the structure geometry, the input motion and the soil properties as well as the associated uncertainties. The proposed fragility curves are verified based on observed damage during the 2007 Niigata-Chuetsu Oki earthquake.     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

高速铁路桥梁-桥墩-桩基础-地基耦合系统的地震反应

高速铁路中的桥梁常采用灌注桩基础以控制沉降,地震作用是桩基础的设计工况之一。建立桥梁-桥墩-桩基础-地基为一体的耦合系统非线性三维数值分析模型,以典型地震波为输入,考虑上部结构和基础的共同工作、土-结构动力相互作用、材料非线性和土层对桩的侧阻及端阻作用,开展三向地震作用下的动力有限元计算,并对地基主要土层压缩模量、桩体材料弹性模量、桩径和桩长进行参数敏感性分析。计算结果表明:现行的桩基础设计方案能有效控制地震荷载作用下桥梁的变形;地震过程中的不同时刻,桩侧阻发挥程度不同且不可忽略,以单纯的梁单元模拟桩的动力学行为的适用性值得商榷;桩长和地基主要土层压缩模量对桥梁地震反应影响最大,桩体材料弹性模量的影响次之,桩径的影响最小。