液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)抗震簡(jiǎn)化分析方法研究.pdf

1、震害事例表明,場(chǎng)地砂土液化是導(dǎo)致橋梁樁基礎(chǔ)失效的重要原因之一。我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)地區(qū),地震作用分布廣、強(qiáng)度大。同時(shí)我國(guó)橋梁建設(shè)加速,使得許多新建及在建橋梁位于液化場(chǎng)地。液化場(chǎng)地樁基抗震問(wèn)題一直是巖土地震工程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn),國(guó)外規(guī)范(如日本和美國(guó))針對(duì)液化場(chǎng)地樁基抗震設(shè)計(jì)都有明確規(guī)定,但是,我國(guó)現(xiàn)行橋梁工程抗震規(guī)范對(duì)于液化場(chǎng)地橋梁樁基抗震設(shè)計(jì)規(guī)定過(guò)于籠統(tǒng),缺乏有效的技術(shù)細(xì)節(jié),使實(shí)際操作具有較大的盲目性和隨意性,致使給工程實(shí)際帶來(lái)較大的安全

2、隱患。因此,對(duì)液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)抗震簡(jiǎn)化分析方法進(jìn)行研究,具有重要工程意義。
　　本文以液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)為研究對(duì)象,通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合,對(duì)其抗震簡(jiǎn)化分析方法進(jìn)行研究。首先,開(kāi)展液化場(chǎng)地橋梁群樁振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),分析地震作用下場(chǎng)地反應(yīng)和樁基動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律;其次,建立液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)三維有限元模型并驗(yàn)證了模型的正確性;最后,利用等效單樁和非線性Winkler假設(shè),給出液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)的抗震簡(jiǎn)化分析方法。本文主要研究?jī)?nèi)

3、容和成果具體如下:
　　(1)采用鋼筋混凝土高承臺(tái)群樁基礎(chǔ),針對(duì)上覆粘土下伏飽和砂土的典型可液化場(chǎng)地,基底輸入ElCentro波,完成了液化場(chǎng)地橋梁群樁振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),研究了場(chǎng)地液化過(guò)程中的孔壓、加速度、土反力和彎矩響應(yīng)規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):在不同地震激勵(lì)下,孔壓和孔壓比、加速度、彎矩、土反力時(shí)程曲線都可分為四個(gè)階段,且峰值都出現(xiàn)在第二階段,這是因?yàn)榛准?lì)在該階段加速度幅值達(dá)到最大。
　　(2)針對(duì)已完成振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),基于Diana有

4、限元軟件,建立液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)三維有限元模型。上部粘土采用摩爾-庫(kù)倫彈塑性本構(gòu)模型;下部飽和砂土采用Nishi彈塑性本構(gòu)模型。粘土采用20節(jié)點(diǎn)六面體等參單元;砂土采用20節(jié)點(diǎn)六面體混合單元,該單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有4個(gè)自由度,自由度1到自由度3表示土顆粒平移自由度,自由度4表示孔壓,因而該混合單元能夠考慮孔壓消散與重分布;樁-土相互作用采用零厚度的接觸面單元模擬。通過(guò)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,詳細(xì)對(duì)孔壓、加速度和彎矩動(dòng)力響應(yīng)等計(jì)算結(jié)果進(jìn)

5、行分析,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)果能夠很好吻合,驗(yàn)證了該三維有限元模型的可靠性。
　　(3)針對(duì)已完成振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),提出液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)抗震簡(jiǎn)化分析方法。將群樁基礎(chǔ)簡(jiǎn)化為等效單樁,基于非線性Winkler假設(shè),給出液化場(chǎng)地橋梁群樁基礎(chǔ)的抗震分析的簡(jiǎn)化模型。簡(jiǎn)化模型中,將等效單樁簡(jiǎn)化為梁-柱單元質(zhì)點(diǎn)體系,考慮樁周參振土體并取其集中質(zhì)量附于梁上,承臺(tái)和上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為集中質(zhì)量,用宏單元模擬樁-土地震相互作用。通過(guò)自由場(chǎng)地分析得