超大跨斜拉桥群桩基础多点振动台试验

为研究一致激励条件下大跨度桥梁群桩基础的地震响应,以一座试设计斜拉桥(全长2 672m,主跨1 400m)为原型,设计了1/70的桩-土-桥梁结构全桥物理模型,基于该全桥模型开展群桩基础振动台试验研究。采用微粒混凝土和铁丝制作钢筋混凝土主塔和桥墩,C40混凝土和6mm螺纹钢制作桩基础和承台,质量比为3∶1的砂子和木屑模拟土体。模型包含8组群桩基础,分别支撑过渡墩、辅助墩和主塔。地震波采用人工波Acce100,自然地震波El Centro,Mexico City和Chi-Chi,以研究不同卓越频率地震波输入对大跨度桥梁群桩基础的影响。分析群桩基础的地震反应规律,包括不同桥墩处桩基础的桩身加速度、位移和弯矩。结果表明:因不同位置处群桩基础振动特性不同,相同地震动经各群桩基础传递至过渡墩、辅助墩和主塔底部,产生不同变化,导致不同桥墩或主塔处输入上部结构的激励不同;支撑辅助墩和主塔的群桩基础,桩顶加速度和相对位移随着输入地震波加速度峰值的增加而增加,但峰值加速度放大系数降低。4种地震波中Chi-Chi波引起的各群桩基础桩顶相对位移和桩顶弯矩响应最大;输入地震动为Mexico City波时,过渡墩处的群桩基础桩顶相对位移、加速度峰值放大系数大于辅助墩处群桩基础的相对位移和放大系数,输入地震动为其他3种地震波时,结果相反。     

考虑行波效应的盾构隧道多点振动台试验

为了研究长盾构隧道在考虑行波效应的地震动作用下的纵向响应规律,以上海沿江通道盾构隧道为原型,利用多功能振动台台阵系统,设计并完成了盾构隧道的多点振动台模型试验。鉴于长大盾构隧道工程规模和多点振动台试验系统的能力,试验几何相似比确定为1∶60;基于Buckingham-π定理以及量纲分析方法,确定了试验所需的土与结构的动力相似关系;为了模拟沿隧道纵向的行波输入,设计并制作了节段式模型箱,箱体总长22m,分为4个主动箱以及3个从动箱,箱体之间通过弹簧铰相连;以砂子和锯末按照一定质量比拌合来优化配置模型土,并通过室内三轴试验进行测试验证;考虑土-结构相对刚度相似比为控制指标,选取PE材料作为模型材料;根据刚度等效原理,设计并制作了盾构隧道的多尺度结构模型。试验以上海人工波为地震动输入,通过一系列工况的多点振动台试验模拟,得到了行波效应下盾构隧道模型结构的地震响应规律。试验测试数据包括行波效应下模型土和模型结构的加速度响应、隧道管环环缝的伸缩量响应等。对比分析了一致输入和行波输入下隧道结构的动力响应。试验结果表明:相比一致激励输入,行波效应会明显放大模型结构的加速度响应和环缝变形响应,从而对隧道抗震产生不利影响;地震动非一致激励应该在盾构隧道的纵向抗震设计中得到足够重视。     

斜拉桥一致激励与多点激励地震反应分析

以斜拉桥作为研究对象,对2个斜拉桥模型的动力特性进行了分析,又对2桥在一致激励与多点激励作用下的地震反应进行了比较分析.计算结果表明:大跨度斜拉桥的墩、塔、梁的连接方式对整个桥梁体系的动力特性影响很大,必须正确考虑;随着跨径的增大,一致激励和多点激励都将会显著增大塔的纵、横向位移和主梁竖向位移,对塔和主梁抗震设计均不利;同时,多点激励对斜拉桥的动力反应位移有显著影响,特别是在桥梁中比较柔的部位,设计时必须引起足够重视.     

可液化场地高承台群桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验

采用高承台群桩-独柱墩结构体,进行可液化场地群桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,再现自然地震触发地基液化及桩基破坏等宏观现象;通过试验监测了液化场地中地基的加速度、孔压反应以及桩-柱墩的加速度、位移、应变反应和上部结构的加速度反应等。结果表明:输入地震波幅值和埋深是影响砂层孔压的重要因素;地震作用中,随着场地液化的发展,自下而上砂层加速度先逐渐减弱后逐渐放大;高承台桩基地震响应与土层土性、地震动大小、场地液化程度等密切相关,地震作用下场地液化容易诱发高承台群桩体系的倒塌。     

大跨度斜拉桥多点激励地震反应分析

以一主跨为670.56 m斜拉桥作为研究对象,对其动力特性和在多点激励作用下的地震反应进行了计算,并与一致激励作用下的地震反应进行了对比分析.结果表明:大跨度斜拉桥的墩、塔、梁的连接方式对整个桥梁体系的动力特性影响很大;在对此桥型进行动力计算时,应选择尽可能多的振型参与;多点激励对斜拉桥的动力反应位移有显著影响,特别是在桥梁中比较柔的部位,设计时必须引起足够重视.     

CFG桩加固液化土地基的振动台试验研究

以京沪高速铁路液化土地基加固为原型,进行了模型比例为1∶10的CFG桩桩网复合地基加固饱和粉土地基的大型振动台模型试验。通过加固与未加固地基对比,CFG桩桩网复合地基提高了地基的抗液化能力,减小了地基路堤整体沉降,能够满足高速铁路以沉降控制设计的地基沉降抗震设计要求。     

考虑桩-土-结构相互作用的斜拉桥动力特性分析

以郑州市铁路跨线斜拉桥为工程背景,利用有限元通用软件对该桥建立两种空间有限元模型,分别为模型1和模型2。模型1考虑桩-土-结构相互作用,采用质量-弹簧体系来代表桩基础和地基。模型2不考虑桩-土相互作用,桥墩底部与地固结。分别对以上两种模型进行动力特性分析并进行比较。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

沿海软土地区PHC管桩-土-结构模型振动台试验

为了解沿海软土地区PHC管桩在地震作用下的动力反应、桩-土动力相互作用特性以及破坏模式,开展PHC管桩-土-结构模型体系的地震模拟振动台试验研究。通过输入3种不同地震波,并逐渐增加地震波峰值,研究预应力度、土体特性对模型体系的地震响应与破坏模式的影响。研究结果表明:土体饱和与否对模型体系的动力特性和地震响应影响较大,PHC管桩的预应力对其动力特性有一定影响,破坏模式也不相同;土体未饱和时,基本烈度地震作用下PHC管桩的一阶频率下降不大,土体饱和时,随着地震波激励的增加,模型体系的自振频率逐渐下降、阻尼比逐渐增大,PHC管桩-土-结构间的相互作用加大,结构开始损伤破坏,频率最大下降至初始频率的50%;预应力的存在可较显著地减缓地震作用下结构的损伤破坏;加速度峰值越大或者土体越深,孔压比越大,最大超过1.0,并出现液化现象,且液化持续时间远大于地震波持时。研究结果可为沿海软土地区PHC管桩的应用和规范的制定提供参考。     

多跨矮塔斜拉桥行波效应分析

以黑龙江大桥为研究背景,通过有限元数值分析方法,进行行波效应对多跨矮塔斜拉桥地震反应的影响研究,总结行波效应对多跨矮塔斜拉桥的地震响应影响规律。     

基于多点激励的跨断层斜拉桥地震响应比较

采用多点激励方法对跨断层斜拉桥地震响应进行分析,并与断层两侧不同地震采用一致激励得到的地震响应进行比较,得出结论和建议:断层对于斜拉桥的塔梁间相对位移、索塔轴力的影响最大,对塔底弯矩的影响相对小一些,对塔底剪力的影响最小;在进行跨断层斜拉桥设计时,断层对索塔的弯矩和塔梁间相对位移的影响不能忽略,建议在塔梁间设置阻尼器或采用减隔震基础形式,以优化跨断层斜拉桥塔梁间相对位移及索塔弯矩。     

独塔斜拉桥横桥向不同体系振动台试验研究

为了研究独塔斜拉桥横桥向不同约束体系的抗震性能,以海南铺前大桥为工程背景,设计制作缩尺比为1:20的全桥结构模型,进行不同地震动作用下模型振动台试验,给出了模型结构动力特性识别结果以及各动力响应测量结果。对横桥向固结体系和弹塑性体系2种约束体系的试验数据进行整理分析与对比得出:全桥模型横桥向的地震响应与地震动的频谱特性有关。远场地震动作用下,采用弹塑性钢阻尼器的弹塑性体系相对固结体系能有效地减小关键点位移响应和关键截面应变响应;而在近场地震动作用下,采用弹塑性钢阻尼器的弹塑性体系产生了较大的结构(如主塔、主梁)位移响应。     

不同桩-土界面直剪试验研究

为探讨桩-土界面的摩擦特性,进行了混凝土-土、钢板-土、HDPE-土3组桩-土界面室内的直剪试验,每组试验均施加6个法向应力。结果表明:不同桩-土界面的剪切强度均随垂直压力的增大而增大;在同一法向应力下,三种不同界面的剪应力-位移曲线的初始阶段变化不大,但曲线的后半段随法向应力的增大有明显变化;法向应力较小时,各界面的剪应力变化不大;法向应力较大时,表现出HDPE-土界面的剪切强度最大。     

基于多点激励的刚构—连续组合梁桥行波效应分析

为了探讨行波效应对刚构-连续组合梁桥结构不同部位响应极值的影响规律,以某48 m+5×80 m+48 m刚构-连续组合梁桥为背景,建立刚性地基和弹性地基2种计算模型,采用大质量法(LMM)求解了一系列相位差条件下结构的非线性地震响应.分析结果表明:对于主跨大于或等于80 m的刚构-连续组合梁桥,在抗震设计中必须考虑行波效应的影响,且应重点关注刚构墩的地震响应;在进行行波效应分析时必须根据基岩类型选择恰当的相位差输入,以此来获得结构真实的地震响应;在纵向行波作用下,结构的内力响应峰值和位移响应峰值均随相位差呈周期性变化,其变化周期与结构的特征周期相一致.     

考虑桩-土相互作用的大跨钢桁架-混凝土斜拉桥地震响应研究

对于深桩基础的半漂浮体系斜拉桥,在抗震分析中采用刚性地基进行假定处理偏不安全。为探究桩-土相互作用对斜拉桥地震响应的影响,文中结合实际工程,基于黏弹性吸收边界,通过有限元方法模拟桩-土接触行为,研究土体-桩基-桥墩-上部结构系统在地震作用下的动力响应。结果表明,考虑桩-土相互作用后,桥梁结构整体位移与主梁内力增加,下部结构内力减小。     

随机激励下斜拉桥的稳定性研究

采用三自由度简化模型,用Lyaponov指数法研究斜拉桥在简谐荷载、随机荷载以及二者混合情形下的稳定性,从而得出一些有用的结论。     

RPC微型桩动力响应特性振动台试验研究

为研究桩、土相关参数对微型桩基动力响应的影响,进行了RPC微型桩基动力响应振动台试验。分析了微型桩在动力荷载激励下桩土体系的加速度时程、应变时程反应以及单桩桩身弯矩、变形的分布情况。通过对白噪声作用下的频谱分析图进行分析,发现RPC微型桩在5 Hz和16 Hz附近存在固有频率;在多次白噪声作用下,砂土的密实程度有所增加,微型桩的固有频率也有所增大。通过对加速度响应图进行分析,发现人工波作用下的加速度放大效果最显著,其次为EI-Centro波,最小为Kobe波,这是因为人工波的作用频率最接近微型桩的固有频率;在4 Hz频率、0. 15g幅值的正弦波作用下,微型桩的最大应变分布约为4倍桩径的埋深位置;在不同频率正弦波作用下,微型桩的最大弯矩值均出现在埋深0. 6 m位置;在3种地震波作用下,人工波作用下的桩身弯矩和变形反应最大,EICentro波作用次之,Kobe波最弱,这是由于人工波的频率成份较为丰富,正弦波所含频率单一,而地震波所含频率丰富,这使得地震波作用下的反向变形更为明显。     

基于虚拟激励法的多维多点随机风作用下大跨度斜拉桥抖振响应研究

大跨度桥梁风致抖振在各种风速下均会发生,且精确响应计算也较为困难,针对此响应计算问题,提出了基于虚拟激励法的多维多点风致抖振响应计算方法。通过抖振力谱与来流风谱理论公式关系,将抖振力转化为多维虚拟力作用在桥梁结构有限元模型上,计算各频率点与时间点下的虚拟响应,积分得到随机响应均方根值,实现了通过直接在有限元模型上加载虚拟抖振力谱,同时可考虑结构的全频率参与贡献,快速求解随机风作用下桥梁抖振响应。通过计算分别选取基于风洞试验识别的气动导纳函数、跨向相干性函数与规范规定的跨向相干性函数和Sears函数时桥梁的抖振响应值,与全桥气弹模型风洞试验值进行对比,得出采用风洞试验识别得到的气动导纳函数、跨向相干性函数时的抖振响应结果与试验结果最为接近。     

整体式斜交桥台-桩-土体系往复加载拟静力试验

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥,可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象;但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体,在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此,以某整体式斜交桥为原型,开展了斜交桥台-H形钢桩-土体系往复加载拟静力试验研究,探究了体系的抗震性能、台后土压力分布规律以及桥台和钢桩的水平变形特征等。结果表明：斜交桥台-H形钢桩-土体系具有较高的耗能能力及延性,台后土对体系的抗震性能影响显著。台后土提高了体系抗侧承载力及刚度,但亦造成正负向受力不对称性,其中正向抗侧承载力及刚度明显高于负向,但残余承载力及位移明显小于负向。在小位移（<0.01H,H为桥台高度）下,斜交桥台的台后土压力沿埋深方向近似呈三角形分布,最大土压力位于台底;沿水平方向呈抛物线形分布,最大土压力位于距桥台锐角0.25 m处;沿纵桥向呈三角形分布,最大土压力位于台背。在大位移（≥0.01H）下,台后土靠台背处出现明显扇形塌陷区域,导致桥台顶部土压力降低,沿埋深方向开始呈双折线分布,沿水平方向呈三折线分布,最大土压力位置不变;沿纵桥向呈双折线分布,最大土压力与台背距离随加载位移逐渐增加。试验结束时,桥台顶部塌陷区域深度近500 mm,宽度近600 mm。加载过程中桥台基本为刚体,出现平动及转动位移;由于部分台后土流动至钢桩前侧,钢桩顶部产生朝向台后土方向的局部累积变形,桩身水平变形在埋深0.25 m处出现拐点及最大值,而非桩顶,试验结束后无明显残余变形。     

带EPS的整体式桥台-桩-土相互作用拟静力试验

整体桥中台后土压力在温度循环作用下会发生较大变化,这种季节性横向土压力的变化在每次温度循环后会持续增大,其实际所受水平土压力会远大于桥台设计时的压力,同时桥台桩基会产生累积和残余变形,因而有效减少台后土压力与桥台桩基的累积和残余变形至关重要。为此以桥台-H形钢桩试件为研究对象,通过在桥台侧向施加水平位移荷载,开展带膨胀聚苯乙烯（EPS）填料板的整体式桥台-桩-土往复荷载拟静力试验,分析桥台、桩基的骨架曲线、滞回曲线及其沿入土深度方向的水平变形和桥台转角等的变化规律,初步研究EPS填料板的厚度对桥台-桩基-土相互作用受力性能的影响。试验结果表明：在台后埋设EPS填料板能有效减小上部结构变形时桥台所受到的水平力,最大可减小31%;同时,也可减小模型试件的累积变形,其随着EPS厚度的增加而逐渐减小,尤其对桩的累积变形减小最为显著,最大减小了74.3%;在台后埋设EPS填料板也可有效减小台后填土对桥台转角的约束作用;台后埋设EPS填料板会使单步位移荷载作用下产生的变形有所增大,但幅度不大;试验全过程各模型试件均表现出了良好的弹性性能和变形能力。