基坑排桩对建筑抗震性的影响分析

以往对建筑抗震性影响因素的研究仅限于施工材料、技术手段等外部条件,忽略了基坑土体安全系数、基坑状态对建筑抗震性的影响,一定程度上削弱了建筑的抗震性能。本文从基坑排桩角度对建筑抗震性的影响展开分析,通过有限元强度折减法获取土体的安全系数与基坑状态的判断标准,在该标准下基于土体安全系数采用有限元强度折减法计算公式,获取各个土层计算参数。基于该参数使用ABAQUS有限元软件构建基坑排桩有限元分析模型(土体和桩体分别采用莫尔-库仑弹塑性模型和二维弹性模型)。实验采用所提分析方法,从基坑排桩排距、刚度两方面对建筑抗震性能进行分析。实验结果表明,当基坑排桩排距进行适当取值时,建筑抗震性越好;双排桩的刚度越大,建筑抗震性越好,且随着刚度的增加建筑抗震性能趋于平稳。     

基于ABAQUS的PVA-ECC墩柱抗震性能有限元分析

为研究聚乙烯醇纤维—水泥基复合材料(PVA-ECC)墩柱的抗震性能，以有限元分析软件ABAQUS为主要研究手段，结合已有的2个试件的实测数据，并以箍筋间距、箍筋直径、纵筋直径为变化参数进行了13个试件的拓展分析，探讨了各影响参数对PVA-ECC墩柱柱抗震性能的影响。研究结果表明：所建立的ABAQUS有限元模型在破坏形态和滞回曲线曲线上具有较高吻合度；箍筋直径和间距对抗剪承载力的影响在5%以内，增大纵筋直径能有效提高试件的抗震性能。     

不同方向水平力下多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能研究

提出了一种异形截面的多腔钢管混凝土巨型柱,研究了其在不同方向水平力作用下的抗震性能。进行了6个1/25缩尺的巨型柱模型在竖向荷载和不同方向水平反复荷载作用下的抗震性能试验研究,其中:2个试件的水平力沿截面长轴方向施加,2个试件的水平力沿截面短轴方向施加,2个试件的水平力沿与长轴及短轴呈45度方向施加,3种水平力加载方向的试件轴压比分别为0.5、0.25。基于试验结果,分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能和破坏特征。进行了数值模拟分析,计算结果与试验符合较好。研究表明,提出的异形截面多腔钢管混凝土巨型柱有良好的抗震性能,且其抗震性能与水平力作用方向相关。     

盾构施工对不同刚度桩体影响的数值分析

针对苏州轻轨一号线盾构隧道的施工情况,采用三维有限元数值模型,研究了盾构施工对不同刚度桩体的影响。计算结果表明：当盾构施工时,不同刚度桩体均偏向隧道移动,在隧道轴线处的横向位移均为最大。桩身横向位移最大值、竖向位移随桩体刚度增大而变小,桩身轴力、弯矩则随桩体刚度增大而逐渐增大,桩身最大负弯矩均出现在隧道轴线位置处。在盾构正下方穿越单桩过程中,桩身沿隧道轴向位移近似为一条直线。当桩体弹性模量为0.5 GPa时,柱顶和桩底处竖向位移相差较大;当桩体弹性模量大于0.5 GPa时,桩身竖向位移急剧增大。桩身轴力沿桩身两端大、中间小。桩身弯矩随桩体弹性模量增大而明显增大。     

群桩-土-墩柱相互作用体系抗震性能试验及数值模拟研究

为进一步研究土-结构相互作用(SSI)体系的抗震性能,以1∶4比例尺桥梁墩柱模型为试验对象,考虑土-结构相互作用,通过拟静力试验观察了试验现象,得到了模型滞回曲线、耗能能力等数据。通过有限元软件ABAQUS建立了与试验情况相同的有限元模型,并分析计算。建模分析结果与试验结果一致,在此基础上,以本模型为对象进行了地震反应时程分析,得到了不同地基条件下的位移时程曲线及桩身应力、桩身位移响应曲线,并用m法对比计算桩的位移响应曲线。分析结果表明:不同地基条件下群桩-土-刚度较大墩柱结构体系破坏形式不同;在地震作用下,短桩基础在桩的中段处应力达到最大值,有必要在此处予以加强;在地震作用较大时,m法计算的桩顶位移偏小,且m法无法计入群桩效应,可能导致群桩基础内力的计算偏于不安全,建议予以重视。     

钢—混凝土组合连续刚构桥墩梁连接节点抗震性能比较研究

钢-混凝土组合连续刚构桥的关键在于墩梁连接节点,设计了双层钢箱混凝土、钢筋混凝土和钢管混凝土等3种不同类型墩柱的连接节点构造形式。基于OpenSees平台建立了墩柱截面纤维有限元模型,并利用双层钢箱混凝土墩柱拟静力试验结果验证了数值模型的有效性,进而基于纤维有限元模型对3种不同类型墩柱节点进行了非线性滞回性能计算分析。结果表明:纤维模型能够模拟拟静力作用下组合连续刚构桥墩梁连接的滞回性能,双层钢箱混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁连接节点的整体抗震性能要优于钢筋混凝土墩柱和实心钢管混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁的连接节点,建议的刚性节点构造合理和传力路径明确,可为钢-混凝土组合连续刚构桥设计提供参考。     

大直径扩底灌注桩的地震反应特性

大直径扩底桩的地震反应分析对其抗震设计至关重要。本文采用ABAQUS有限元程序建立地震荷载作用下扩底桩-土-结构和普通等直径桩-土-结构动力相互作用体的三维有限元模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Drucker-Prager弹塑性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间设置非线性接触。输入Imperial Vally地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算,分析了桩土模量比、软夹层、上部质量等因素对桩基地震反应的影响。结果表明:与普通等直径桩相比,扩底桩的抗震性能没有明显提高,扩底直径对抗震性能影响不大,增大扩底桩直径,并不能提高扩底桩的抗震性能;上部结构的质量及桩土模量比对桩基的动力响应影响显著。     

整体式桥梁动力特性及抗震性能研究

为深入了解整体式桥梁的动力特性和抗震性能,建立台-土有限元模型,并提出合理的台-土相互作用数学模型,然后利用Midas Civil整体模型研究台-土相互作用、桩-土相互作用、桥墩构造等因素对整体式桥梁抗震性能的影响。结果表明：与简支梁相比,同等跨度下整体式桥梁的纵向刚度明显提高,但横向刚度差距不大;台后土的约束刚度大小对桥梁的静动力特性不产生明显影响,整体式桥梁根据我国现有规范计算台后地震力相对保守;改变桩-土约束刚度对整体式桥梁的抗震性能影响不大;提高桥墩的横向刚度,将独柱墩改为双柱墩能大幅提高结构抗震性能。研究结论及台后土压力系数的计算方式,可供整体式桥梁抗震计算提供参考。     

底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为适应巨型框架结构发展,提出了一种底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱。为了比较它与相应普通多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能的差异,进行了6个1/25缩尺的巨型柱模型在轴向压力或轴向拉力下的低周反复荷载试验研究。6个模型中:按底部截面构造区分,3个试件为底部加强型巨型柱模型,3个试件为相应普通巨型柱模型;按轴力作用方向区分,4个试件为轴压试件,轴压比分别为0.5、0.25,2个试件为轴拉试件,轴拉比为0.2。比较分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能和破坏特征。研究表明:底部加强型巨型柱与普通巨型柱相比,承载力、延性、耗能能力明显提高,刚度退化速度减慢,工作性能较稳定;轴压试件与轴拉试件相比,轴压试件抗震性能相对较好。     

UHPC墩周连接装配式桥墩抗震性能研究

为改善预制装配式桥墩的抗震性能和施工容错能力,提出一种装配式桥墩新型连接方式:超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)墩周连接。设计并制作1个现浇桥墩试件和1个UHPC墩周连接装配式桥墩试件,对两个试件进行拟静力试验;建立UHPC墩周连接装配式桥墩试件的三维实体非线性有限元模型,对比研究新型装配式桥墩的抗震性能及其影响因素。结果表明:UHPC墩周连接装配式桥墩与整体现浇桥墩表现出相似的抗侧力性能和自复位能力,二者的抗震性能基本等同。对比分析非线性有限元模型与实际桥墩试件的滞回曲线,二者拟合程度较高,验证了建模方法的可靠性和模拟结果的准确性。UHPC连接段高度对该装配式桥墩抗震性能的影响不大,保证钢筋搭接长度即可。轴压比、立柱高度和搭接钢筋配筋率对该装配式桥墩抗震性能的影响较为明显:在轴压比为0.1~0.3时,试件刚度和水平承载力随轴压比的增大而增大,残余位移随轴压比的增大而减小;立柱高度由2.0 m提高至2.5 m时,高度越大该装配式桥墩的水平承载能力和累积滞回耗能越小;湿接缝处搭接钢筋配筋率由1.01%增至1.57%时,该装配式桥墩的水平承载能力和残余位移相比原配筋试件性能有较明显的提升。     

中小跨径桥梁地震作用下横向损伤模式分析

为研究横桥向地震作用下板式橡胶支座对桥梁抗震性能的影响,比较了传统延性抗震设计方法与考虑支座摩擦滑移抗震设计方法的差异,采用Open Sees软件建立桥梁有限元模型,对一简支变连续梁桥进行了非线性增量时程分析,对比研究桥梁支座、挡块和桥墩的受力性能,并根据延性系数对桥梁各构件的损伤顺序进行了分析。研究结果表明:按传统延性体系设计时,桥梁破坏首先从墩底开始,在大震作用下会造成墩底发生严重损伤;考虑支座摩擦滑移时,桥梁损伤首先是支座和挡块的破坏,然后是墩柱发生损伤,支座摩擦滑移后可大大减小传递到下部结构的地震力,大震下桥墩保持弹性或只发生轻微损伤,建议桥梁抗震设计时采用考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法。     

钢筋混凝土箱型高墩双向拟静力试验研究

随着高墩大跨桥梁的广泛应用,其抗震问题也越来越突出。本文主要考虑轴压比、长细比的影响,进行了6个钢筋混凝土薄壁箱型高墩缩尺模型的双向拟静力试验,以及反复荷载作用下的非线性分析。研究表明：①钢筋混凝土薄壁箱型高墩柱在多维荷载共同作用下,主要发生典型的弯曲破坏,但剪切作用也不容忽视;②墩枉的破坏受到不同方向耦合作用的显著影响,尤其是抗弯刚度小的一侧受到的影响更大,较早就出现开裂,提前进入塑性发展阶段;③非线性有限元计算的滞回曲线、骨架曲线等与试验结果基本吻合;④建立了考虑轴压比、长细比影响的钢筋混凝土薄壁箱型高墩的双向荷载一位移恢复力模型,该模型基本能够反映钢筋混凝土薄壁箱型高墩的抗震性能,可供钢筋混凝土箱型高墩柱及高墩桥梁结构的抗震设计和动力计算参考。     

包裹碎石桩加固的砂土液化机理试验研究

通过分别开展包裹碎石桩加固、碎石桩加固以及未加固的饱和砂土液化振动台试验,对比分析不同加固类型下的抗液化性能,重点剖析包裹碎石桩加固的砂土液化机理。试验表明:振动加载过程中,包裹碎石桩始终保持桩体的完整性与良好的排水性能且其加固模型地基的总沉降量相较于未加固模型地基减少了50%,相较于碎石桩加固模型地基减少了31.8%。包裹碎石桩加固模型排出水量较未加固模型地基提高了33.3%,较碎石桩加固模型地基提高了16.6%;包裹碎石桩加固模型地基的超静孔压值下降显著且地基下层砂土出现未液化的现象;并进一步发现包裹碎石桩的排水加固作用沿土层竖向深度呈递增趋势。因此,可以发现包裹碎石桩加固砂土液化的抗震性能优于碎石桩。     

钢筋混凝土柔性墩柱抗震性能的试验研究

柔性墩柱是桥梁工程中经常采用的墩柱形式之一。为了研究柔性墩柱的长细比和配箍率对柔性墩柱抗震性能的影响,我们进行了5根圆截面柔性墩柱的低周反复加载试验。本文主要介绍了试验过程,分析研究了其在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:配箍率不同的试件,极限承载力相当,配箍率越大,柔性墩柱的延性越好,耗能能力越强;长细比越大,试件的承载能力越差,滞回曲线越丰满,耗能能力越强。     

钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究

为研究半刚性框架与钢板剪力墙结构内嵌墙板间的相互作用性能,完成了一榀1∶3比例单跨3层半刚性框架钢板剪力墙结构低周反复荷载试验研究。获得了结构的抗震性能和破坏模式,探究了框架梁、柱、墙板及梁柱节点的局部力学性能,分析了结构的破坏顺序和构件间的传力机理。研究结果表明:该结构具有良好的塑性变形能力和抗震性能,半刚性框架和墙板协同工作良好,结构安全储备较高。内嵌墙板的设置缓解了节点区自身的延性要求,框架承担95%以上的倾覆弯矩,水平荷载由双重抗侧力体系承担,内嵌墙板作为主要抗侧力构件承担约75%剪力。试件整体面内呈弯曲破坏,但是后期钢框架柱面外弯扭较大。通过有限元分析,研究了柱柔度系数、钢板高厚比和梁柱连接特性对钢板剪力墙结构性能的影响。框架梁柱连接刚度对结构体系承载能力的影响与柱的刚度和内嵌墙板的厚度有关。这种影响随着柱刚度增加和内嵌墙板厚度减小而增大。柱的柔度系数为2.5时,柱整体无明显的内凹变形,此时梁柱节点铰接连接更改为刚性连接时,试件承载能力增加小于10%。     

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。     

不同再生骨料取代率再生混凝土柱抗震试验研究

进行了1根普通混凝土柱和3根不同再生骨料取代率的再生混凝土柱模型的低周反复荷载试验研究,模型按1/2缩尺。在试验基础上,分析了其承载力、刚度及其退化过程、滞回特性、延性、耗能能力、破坏形态等,提出了基于混凝土强度折减的承载力实用计算方法。研究表明:随着再生骨料取代率的增加,其混凝土的弹性模量明显减小,试件初始刚度明显下降、承载力呈下降趋势、耗能值下降,抗震能力呈下降趋势。再生混凝土柱可用于多层结构轴压比较小的柱的抗震设计。     

轴向力对外露式刚性柱脚抗震性能的影响

为了研究轴向力对外露式刚性柱脚抗震性能的影响并提高外露式柱脚抗震设计的可靠性,文中利用Ansys有限元软件,针对外露式柱脚连接节点的抗震性能进行了数值模拟研究,将有无轴向力作用的两组柱脚试件抗震性能进行对比,分析了其在往复荷载作用下的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、延性及耗能指标。根据数值模拟结果,提出水平地震荷载作用下轴向力会加速试件割线刚度的退化,给出一些抗震设计建议,为今后的工程设计和研究提供参考。     

钢筋混凝土梁柱边节点抗震性能参数分析

通过2个钢筋混凝土梁柱边节点的低周反复荷载试验,从骨架曲线、变形能力和耗能等方面对边节点的抗震性能进行了研究,进一步应用有限元程序ABAQUS对梁柱边节点进行有限元参数分析,研究轴压比和配筋率对节点抗震性能的影响。研究结果表明:随着柱端弯矩增大系数的提高,边节点试件的破坏模式从柱端混凝土压溃破坏转变成梁端塑性铰破坏,现行规范规定柱端弯矩增大系数有效实现了"强柱弱梁"预期设计目标;若边节点试件发生梁端破坏,柱轴压比变化对钢筋混凝土节点承载力和抗震性能影响甚微;随着柱配筋率逐步提高,框架梁梁端出现了塑性铰,显著提高了节点的承载力和抗震性能。     

桁架式钢骨混凝土梁组合框架试件抗震性能研究

为研究桁架式钢骨混凝土框架梁-钢筋混凝土柱组合框架的抗震性能,制作了2榀单跨两层框架试件进行了低周反复荷载试验。框架模型按"强柱弱梁"原则设计,在节点核心区和梁端采用交叉腹杆连接上、下T形型钢。试验观察了试件的破坏过程,测得了试件的荷载-位移曲线和骨架曲线以及各阶段的应变、荷载和位移值,分析了框架模型的延性、能量耗散能力、强度降低、刚度退化以及破坏机制。试验研究表明,该形式框架具有较高的承载力、延性和能量耗散能力,满足延性框架的抗震性能要求。研究分析结果表明:交叉腹杆的设置相当于一个被动阻尼装置,能够有效地起到耗能作用,有利于框架形成梁铰耗能机构,从而提高框架的整体耗能能力。研究成果可供工程参考。