液化傾斜場地橋梁樁基動(dòng)力反應(yīng)與簡化分析方法.pdf

1、震害調(diào)查表明,強(qiáng)震下場地液化側(cè)向大變形對(duì)橋梁樁基破壞最嚴(yán)重,也是導(dǎo)致樁基橋梁震害的最主要原因。近二十多年來,我國橋梁建設(shè)快速發(fā)展且較多采用樁基。由于我國地震多發(fā)且分布廣、強(qiáng)度大,建橋區(qū)一般為極易發(fā)生液化側(cè)向大變形的微傾場地或近岸水平場地,因此強(qiáng)震下液化傾斜場地橋梁樁基地震反應(yīng)與穩(wěn)定性分析方法,便成為我國樁基橋梁抗震中亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。過去,國內(nèi)外對(duì)強(qiáng)震下液化側(cè)側(cè)向變形的研究集中于土體側(cè)向位移預(yù)測方法,陸續(xù)提出了多種預(yù)測模型。近

2、年,此項(xiàng)研究更多關(guān)注于液化側(cè)擴(kuò)流場地橋梁樁基強(qiáng)震反應(yīng)分析問題,但是針對(duì)液化側(cè)擴(kuò)流傾斜場地橋梁樁基的抗震問題鮮有報(bào)道。鑒于此,本文從分析樁-土動(dòng)力相互作用入手,研究了液化微傾場地橋梁樁基動(dòng)力反應(yīng)的基本規(guī)律,并考察液化微傾場地樁-土動(dòng)力相互作用的物理過程與力學(xué)機(jī)制,建立了液化微傾場地橋梁樁基的簡化分析方法。
　　首先,針對(duì)已完成的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),利用u-p控制方程的有限元表達(dá)形式,采用新提出的土的多屈服面彈塑性本構(gòu)模型,建立了考慮飽和砂土

3、水土耦合效應(yīng)的樁-土動(dòng)力相互作用分析的三維動(dòng)力有限元數(shù)值模型;基于此,將上述驗(yàn)證的數(shù)值模型拓展成為可用于液化微傾場地樁-土-橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析的三維數(shù)值模型,并編制了相應(yīng)的程序;進(jìn)而,實(shí)施了液化微傾場地樁-土-橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析的參數(shù)研究,重點(diǎn)考察了樁的加固效應(yīng)、樁頭約束作用、輸入地震動(dòng)特性及多維地震動(dòng)等影響效應(yīng),獲得了樁-土動(dòng)力相互作用的基本規(guī)律與特性。
　　隨后,采用建立的三維有限元分析模型與相應(yīng)的計(jì)算方法,針對(duì)液

4、化微傾場地樁-土-橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用,輸入正弦波進(jìn)行反復(fù)的數(shù)值模擬,據(jù)此獲得了不同幅值正弦波輸入下液化微傾場地樁-土動(dòng)力相互作用p-y曲線,研究了樁徑、樁的剛度、樁長、土的滲透系數(shù)、土體傾斜角、有效上覆應(yīng)力、土的膨脹角、土的相對(duì)密度、水位線高度、液化砂層厚度、非液化土層厚度、多向地震動(dòng)及土層結(jié)構(gòu)等主要因素對(duì)砂土動(dòng)力p-y曲線的基本屬性。
　　接著,通過分時(shí)段考慮孔壓比的途徑,構(gòu)建不同孔壓比下砂土動(dòng)力p-y曲線;進(jìn)而,以孔壓比為基

5、本控制變量,引入場地傾斜度因子,建立適用于液化微傾場地的砂土p-y曲線簡化公式;以0.2m樁徑建立的三維有限元分析模型為基準(zhǔn),建立了土反力的樁徑影響因子與樁徑之間經(jīng)驗(yàn)公式,修正上述公式,使得砂土p-y曲線簡化公式可以考慮樁徑效應(yīng)?？紤]工程設(shè)計(jì)的需要,選取API規(guī)范推薦的循環(huán)荷載作用下飽和砂土極限土反力作為簡化模型的極限土反力。
　　最后,基于非線性文克爾地基梁模型,采用適用于場地微傾條件下的液化砂土的p-y曲線簡化模型,考慮了砂土

6、液化對(duì)微傾場地樁-土動(dòng)力相互作用土彈簧的影響,建立了液化微傾場地樁-土動(dòng)力相互作用簡化數(shù)值模型與非線性擬靜力計(jì)算方法,很好通過有限元法計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了簡化分析方法的正確性。采用簡化分析方法,進(jìn)行了樁徑、孔壓比、場地傾斜度、樁頭約束條件等參數(shù)對(duì)液化微傾場地樁-土動(dòng)力相互作用影響的效應(yīng)。
　　鑒于上述,本文無疑對(duì)于進(jìn)一步提高我國橋梁樁基抗震設(shè)計(jì)水平且盡快與國際接軌努力保障我國橋梁工程抗震性能與地震安全性,逐步完善我國橋梁工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范