城市轨道桥梁桩基抗震简化模型的比较研究

以郑州城郊铁路工程中独柱高架车站为例,将土体化为一系列弹簧,描述土体的变形性质。通过比较《城市轨道交通结构抗震设计规范》中的非线性土弹簧、《铁路桥涵地基和基础设计规范》中的m系数法弹簧及Mindlin解弹簧进行建模计算得到的车站结构的地震响应,由结果可知结构地震响应对承台处弹簧刚度最为敏感。另外,将分布弹簧模型等代为六弹簧模型进行地震反应计算,结果表明桩体质量的影响与承台质量相比很小。     

砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算

由冲刷引起的深水结构物桩基础周围土体损失致使基础水平承载性能下降的问题越发受到重视。应变楔方法假设桩前土体抵抗为三维楔形体,其尺寸发展与楔形体区域土体发挥的内摩擦角有关,从而得到水平受荷桩的p-y曲线。本文对应变楔方法进行修正和拓展,建立非线性位移假设以考虑桩前楔形体区域土体应变沿深度的非均匀分布,将冲刷坑底以上土体的有效自重作用等效为竖向荷载,对楔形体的深度进行修正,以解决楔形体方法只适用于地表水平的情况,得到砂土中单桩基础冲刷的修正应变楔计算方法;并通过与模型试验及三维有限元分析的对比来验证该方法的合理性。分析结果表明:冲刷深度增加会显著降低桩基水平承载性能,冲刷深度3.2D和6.4D情况下的桩顶位移比平均值分别趋近于1.8和3.0;相比有限元方法,本文修正SW方法计算的p-y曲线结果与实测结果更为接近。     

管土相互作用下埋地管道的抗震性能研究

管土相互作用是影响埋地管道抗震性能的关键因素之一，分析管土相互作用是城市地下管道建设中面临的突出问题。在应用ADINA软件实现地下管道与土体融合有限元建模的基础上，通过定义管土接触来设定管土相互作用；介绍了管土接触设定、地震荷载加载时间函数、模型参数选择与求解步骤，并依据所建模型计算了埋地管道的变形和应力分布。根据计算结果，分析了管土相互作用对埋地管道抗震性能的影响，并给出了几点工程建议。     

动力p-y曲线模型在桥梁桩基础分析中的应用

地震作用下土-桩-结构相互作用(SSPSI)是桥梁抗震领域的一个重点和难点问题。在介绍动力p-y曲线分析模型的基础上,通过与试验对比验证其合理性,通过参数敏感性分析确定其影响参数,并对其进行了进一步探讨。研究发现:动力p-y曲线分析模型可较为全面地描述SSPSI,砂土摩擦角是该模型的主要参数,自由场土体应尽可能取较大的长度,地震动强度影响土体进入非线性的程度。     

液化土中桩基础动力反应试验研究

本文设计完成了包括三种密度饱和砂土和非液化干砂的多工况桩-土相互作用振动台动力试验,研究液化对土体和桩-承台动力反应的影响。通过试验和分析,得到了液化和非液化土层中土体水平加速度、侧向位移和桩-承台的水平加速度、侧向位移、桩身弯矩等指标的反应过程和模式,对比了液化和非液化条件对这些指标的影响方式,提出了各因素影响大小的分析结果。     

桥梁沉井基础抗震性能研究现状及展望

随着国内外大跨桥梁特别是跨海桥梁建设的迅速发展,沉井基础在桥梁基础中所占的比例越来越大。虽然沉井基础作为1种刚性基础具有良好的力学性能,然而震害实践表明沉井基础在地震作用下也并非万无一失。通过分析国内外典型桥梁沉井基础的震害特征发现,沉井基础的地震破坏与桩基础有显著差异,且与埋置深度有直接关系;研究表明:地震作用下沉井基础的破坏机理及地基承载力与静力作用下明显不同,但目前在该方面的研究还较为欠缺;总结和对比了现有几种沉井基础-土相互作用研究方法,并分析了几种研究方法的优缺点和适用场合;同时也归纳和对比了各国抗震规范对桥梁沉井基础的基本规定、适用范围、计算方法和构造规定等方面的内容。最后结合现有的研究现状对沉井基础抗震性能研究的发展方向进行了展望,此外,随着我国跨海、跨江及跨库区大跨桥梁建设的发展,地震力和波浪力等多灾害因素共同作用下深水沉井基础桥梁破坏机理及设计方法的研究势在必行。     

上部结构对桩基础地震应力影响的模型试验研究

本文通过振动台模型试验，研究了地震作用下群桩基础应变幅值的分布规律以及上部结构对桩应变幅值分布的影响。研究表明，上部结构使桩的应变幅值大大增加，改变了桩应变幅值变化的趋势。在桩基础设计中应考虑上部结构对桩基础的影响。     

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。     

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。     

不同底面积与埋深的结构-土体系地震反应分析

对结构-土相互作用体系中结构基础底面积和结构基础埋深对体系地震反应的影响进行了研究.基于有限元分析方法建立了结构-土相互作用三维计算模型,通过改变结构底面积及基础埋深在不同地震动下进行了地震反应分析.结果表明,考虑相互作用时,在同一种地震动作用下,结构顶层总位移及基础转动随着结构底面积的增大而明显减小,上部结构本身位移在总位移中所占比例随着底面积的增加而增大;底面积相同,结构顶层总位移及基础转动均随着埋置深度的增大而减小,上部结构本身位移在总位移中所占比例随着埋置深度的增加而增大.比较不同特性的地震动,不同底面积及埋深结构顶层总位移、基础转动、基础平动和结构自身位移的变化规律趋势相同.     

某核电厂应急通道桥梁地震响应分析

某核电厂为满足建设、运营及特殊情况下的应急需求,拟建应急通道桥,其抗震安全十分重要。本文介绍了考虑桥-桩-地基的三维整体精细化模型的有限元动力时程分析方法,计算桥梁在SL-1(运行安全地震动)和SL-2(极限安全地震动)地震作用下地基典型断面、T梁以及墩柱的动力响应。结果表明该方法能直接处理土的非线性问题以及方便的考虑地基辐射阻尼作用,同时可以精细模拟T梁和盖梁间的支座接触。三维计算采用自主开发的GEODYNA高性能软件平台,计算效率较高。该方法可为核电厂桥梁抗震设计提供参考。     

考虑冲刷作用效应桥梁桩基地震易损性分析

冲刷造成桩周土体的剥蚀将会削弱土体对桩基的侧向支撑能力,冲刷效应会对桥梁桩基的地震易损性产生影响,因此有必要对冲刷和地震共同作用下桥梁桩基的易损性进行研究。利用SAP2000软件建立三维桥梁有限元模型,通过非线性时程分析得到桥梁桩基地震响应峰值。采用概率性地震需求分析方法,建立不同冲刷深度下桥梁桩基地震易损性模型,在地震易损性函数假设为对数正态分布函数的基础上,通过回归分析得到概率模型中的参数,进而得到不同冲刷深度下桥梁桩基在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线,并分析冲刷深度对桩基破坏概率的影响。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桥梁桩基在地震作用下的破坏概率显著增加。     

桩土作用对隔震梁桥地震易损性及震后通行能力影响

为确定桩土作用对一座位于Ⅲ类场地上的110m三跨连续梁桥地震易损性曲线和震后通行能力的影响,首先建立墩底固结和考虑桩土作用2种有限元模型,选取50条实测的、符合工程场地条件的不同强度地震波作为输入,分别以桥墩墩顶和支座最大位移为目标响应,计算得到转角延性比和支座剪应变值,进而构建桥墩和支座的易损性曲线;然后通过宽界限法建立桥梁系统的地震易损性曲线,提出新的平均损伤水平值计算公式并结合易损性曲线评估该连续梁桥的震后通行能力。分析结果表明,同一地震强度下考虑桩土作用时的桥墩位移峰值比墩底固结情况大,更符合实际情况;对于桥梁构件易损性曲线而言,考虑桩土作用时支座破坏超越概率最大,但与墩底固结情况相比相差不大;采用桥梁系统地震易损性曲线评价桥梁交通流量变化更加合理,固结模型的震后交通流量评估Ⅲ类场地情况时不可忽略桩土作用对桥梁地震易损性的影响。     

基坑桩地震冲击下的受力分析模型仿真

当前利用改进动力Winkler模型分析基坑桩地震冲击下的受力情况,不能预防应力波的反射作用,导致其分析结果具有不全面、准确性低的缺点。本论述提出有限元数值模拟的基坑桩地震冲击下的受力分析模型,通过基坑桩小应变模型描述不同应力状态下基坑桩模量的变化,采用有限元数值模拟方法结合基坑桩小应变模型对基坑桩有限元模型进行塑造。在约束基坑桩有限元模型边界条件时,模型选择黏性阻尼器的吸收边界,使模型边界上的应力波不会遭到折射,避免运算结果出现误差。利用Newmark方法对基坑桩有限元模型进行动力时程分析,实现基坑桩在不同应力状态下的受力分析。实验结果证明:所提模型能够有效、准确的对地震冲击下的基坑应力分布、基坑桩身弯曲度、变形位移以及桩体水平位移差值对比等进行全面的分析。     

基于Pasternak地基模型和Adomian分解方法的扩底桩水平动力响应分析

工程上广泛采用基于Winkler模型的层状地基反力系数法对桩土水平动力响应进行分析,该方法忽略了地基土剪切作用的影响,与工程实际有一定偏差。另外,对桩土的非线性相互作用和如扩底桩、楔形桩等变截面桩问题常用的传递矩阵法或中心差分法,计算过程较为繁琐。基于Pasternak地基模型和Adomian分解方法,提出一种考虑地基土剪切作用的桩土水平动力相互作用近似计算方法,该方法计算简便且结果精度较高,对变截面桩问题有很好的适用性;并基于该方法,对扩底桩水平动力响应问题和影响因素进行分析。结果指出,扩底半径和上部桩周土弹性模量对扩底桩水平动力响应影响较大,随着扩底半径的增加和桩周土弹性模量的增大,扩底桩水平振动位移幅值逐渐减小。另外,在较低频率的荷载激励下,应考虑土层对桩的剪切作用。     

立式储罐与地基相互作用地震反应分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下,采用有限元法对储罐住水平地震荷载作用下的反应进行了计算。推导了系统刚度矩阵及质量矩阵的计算过程。通过对四种场地条件下的地震响应分析,得出了储罐各种参数对地震反应的影响。分析表明：不同的地震激励对储罐系统的反应是不同的;地基刚度对系统的动力响应的影响也很大：即地基越“柔”,基底弯矩、罐壁轴向应力越小,但环向应力和底板变形却在增加。     

中国台湾地区地震sPn震相分析及其震源深度计算

运用Pn震相对齐的方法分析了发生在中国台湾地区地震的sPn震相,总结了该地区地震sPn震相的一些特征,用sPn震相计算了震源深度并与单纯型定位法结果进行了对比。结果表明,在该地区地震中,sPn震相特征明显;应用该方法可以较准确地测定台湾浅源地震的震源深度。