考虑桩-土相互作用的高架桥抗震性能研究

以一座主跨跨径50 m的典型三跨高架桥为例建立有限元模型,利用ANSYS的二次开发平台APDL进行时程分析,研究墩底固结与桩-土相互作用下桥梁的地震响应。结果表明,考虑桩-土相互作用后,结构的自振频率明显降低,基频降低50%,关键截面的位移和内力变化显著,位移最大变化量接近500%,梁的内力最大相对增幅约45%,在高架桥抗震设计时需考虑桩-土相互作用。     

大跨度悬索桥行波激励地震反应分析

为探讨大跨度悬索桥梁抗震设计理论问题,利用基于大质量法的多支承激励运动方程,研究非线性多支承激励地震响应,分析桩-土-结构相互作用对动力特性和地震反应的影响,以及行波效应对地震反应的影响。分析表明,主塔为嵌岩桩时,考虑桩基础的桩-土-结构相互作用后会使结构的内力反应减小,行波效应对结构内力反应影响不大,加劲梁与边梁在主...     

行波激励下桩-土-斜拉桥多点振动台试验

为了研究桩基和场地土以及地震动空间效应对大跨斜拉桥地震反应的影响,以一座试设计主跨1 400m超大跨斜拉桥为试验原型,按1/70几何缩尺比设计和制作了一座包括群桩基础、模型土和上部结构等在内的试验全模型,缩尺后试验模型全长38.2m;根据动力等效原则,采用由砂子和木屑均匀混合而成的模型土模拟场地土,且用层状剪切土箱盛放。采用时间滞后的方法实现行波效应,通过多点振动台试验分别研究了纵向行波、横向行波对超大跨斜拉桥地震响应的影响及其机理。试验结果表明:行波作用对斜拉桥地震响应的影响非常复杂,纵向行波使塔顶纵向加速度和主跨竖向加速度的最大增幅分别约为50%和40%,而横向行波使塔顶和主跨横向加速度的最大减幅分别为15%和50%;纵向行波使主跨竖向位移的最大增幅约为40%,而横向行波使其横向相对位移的最大减幅为20%。行波作用对斜拉桥不同构件地震响应的影响也不同,与一致激励结果相比,纵向行波使塔顶、塔-梁以及墩顶相对纵向位移的最大减幅分别约为50%、40%和60%,使主跨竖向位移的最大增幅约为40%。此外,试验发现桩-土-结构相互作用对主塔、桥墩的加速度响应产生明显不利影响,使塔底增大2倍多,墩底增大1.1~4.0倍。基于上述结果,建议在斜拉桥地震反应分析或抗震设计时,需考虑行波效应和桩-土-结构相互作用等因素的影响,特别是其不利影响。     

超大跨悬索桥缆-塔自平衡体系抗震性能研究

以采用缆-塔自平衡体系的张靖皋长江大桥为研究背景，建立了三维动力分析模型，对超大跨悬索桥缆-塔自平衡体系的振动特性、关键参数、抗震性能及空间地震动影响进行了分析。研究结果表明：自平衡体系南、北塔主塔-梁相对位移相较于缆塔固结体系减小了61%,南、北塔塔底弯矩相对位移相较于缆塔固结体系减小了60%和40%,索鞍滑动位移小于限位间隙(0.4 m),由于固结体系和自平衡体系横向力学特性相近，因此其横向地震响应相差不大；考虑地震动空间效应后，地震响应的相位和幅值较一致激励均发生了变化，其中梁端位移变化最大，相较于一致激励增大了14.8%。综上所述，张靖皋长江大桥采用缆-塔自平衡体系相较于对应的固结体系抗震性能更优。     

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。     

桩土结构相互作用及辅助墩对组合梁斜拉桥地震响应的影响

为探究桩土结构相互作用(SSI作用)和辅助墩对组合梁斜拉桥的地震响应规律,采用数值模拟和参数分析法研究不同计算工况和土层特性下组合梁斜拉桥的地震响应。结果表明,有辅助墩无桩基的各阶频率最高,因为考虑SSI作用后,结构刚度降低,且有辅助墩相对于无辅助墩,结构刚度提高;有辅助墩和考虑SSI作用可减小塔底弯矩,且在纵向+竖向地震下的斜拉索轴力大于横向+竖向地震下的斜拉索轴力;随着土层硬度增加,位移和内力响应有缓慢减小的趋势。     

考虑桩土相互作用的大跨结构不一致运动分析

大跨度结构抗震分析时通常忽略桩土相互作用的影响。首先推导出大跨度结构在考虑桩-土-结构相互作用时的不一致运动时程分析方程。其次利用ANSYS软件建立基础固接与考虑桩-土-结构相互作用的两种模型,其中桩-土相互作用利用根据相互作用因子推导出的土弹簧单元实现。然后对比两种模型在地震荷载作用下的响应。结果表明不同模型对不一致运动的敏感度是不同的,考虑桩-土-结构相互作用和不一致输入是符合客观事实的。     

地震作用下欠固结土桩基响应数值分析

为了研究地震作用下桩-土相互作用响应情况,采用FLAC3D数值计算软件,建立欠固结土-桩体模型,分析地震作用下,不同时间段桩侧摩阻力、桩体轴力和土体应力变形情况.结果表明:由于地震波的往复运动,引起土体水平和竖直方向的位移也发生往复变化,易导致不同位置土体发生不均匀沉降和水平剪切运动,设计时需考虑地震作用效应所导致地基与基础的不均匀沉降和水平剪切作用.但桩侧摩阻力和中性点受到地震的影响较小,因此,对这两方面进行设计时,可减少地震因素的考虑.     

土-承台动力相互作用对砂土场地桩基桥梁地震反应的影响

在桩基桥梁的地震反应分析中,桩-土动力相互作用是个重要的问题,而对于采用低桩承台基础的桥梁,承台埋在土面以下,还存在土与承台之间的动力相互作用。目前,地震反应分析中一般不考虑土-承台动力相互作用的影响,相关研究也很少。为此,利用OpenSees有限元分析程序,基于p-y曲线建立了土-结构一体化桩基单墩模型,选择40条实际岩石场地地震记录作为输入,开展了考虑土-承台动力相互作用的桩基桥梁地震反应分析。结果表明,考虑土-承台动力相互作用后,结构的基本周期会减小,墩底曲率会明显增大,桩顶曲率会大幅减小,但墩顶位移的减小可以忽略。     

望亨北盘江特大桥抗震性能研究

采用单梁式有限元模型对望亨北盘江特大桥的动力特性和地震响应进行了计算,考虑了桩-土相互作用和群桩效应,采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了地震反应的对比分析,在塔梁之间设置经过优化设计的阻尼器后对结构进行了计算。结果表明:桥梁结构的抗震性能满足要求;阻尼器的设置能有效降低漂浮体系大跨径斜拉桥地震作用下关键截面的位移响应,具有较高的使用价值。     

大跨连续刚构桥施工阶段地震响应分析

为了研究大跨度连续刚构桥施工阶段桩-土效应对地震响应的影响,以赤水河大桥为例建立考虑桩-土效应和不考虑桩-土效应的两种MIDAS有限元模型,分别采用响应谱法和动态时程分析法对施工过程中最大悬臂端进行地震响应分析,通过对最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底的弯矩、剪力的对比分析,得知考虑桩-土效应时,桥梁整体刚度下降,结构变柔,桩-土效应影响桥梁的某种动力特性;桥梁最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底弯矩、剪力随着激励方向不同产生不同的变化。     

桩-土-结构相互作用动力离心模型试验方案设计研究

以滨江广场地基土、桩基及上部结构为研究对象,设计了三者相互作用的动力离心模型试验方案。对桩-土-结构地震响应的动力离心试验进行相似关系设计和相似材料的研究,选择了对体系地震响应具有控制作用的参数,根据Buckingham法,计算了土、桩基及上部结构的相似常数,建立相似关系。对模型材料的物理力学特性进行试验,测得模型土的级配曲线和抗剪参数;基于计算结果,根据桩的抗弯刚度相似进行了模型桩的设计。根据桩-土-结构相互作用的特性对模型测试元器件进行了合理的布设,并设计了地震波及加载工况。所得结果为即将开展的桩-土     

桩土相互作用对大跨度刚构桥抗震影响分析

为研究桩土相互作用对大跨度连续刚构桥地震响应的影响,采用MIDAS/Civil建立嵌固模型与m法模型,对施加嵌固作用与考虑桩土相互作用时桥梁结构的地震响应进行对比分析。结果表明,考虑桩土相互作用时,桥梁结构整体刚度偏小,同时土层能减缓地震对桩基的作用,桥梁上部结构内力变小,相比直接固结桥墩底部,这种模拟方法与实际工程更吻合。     

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。     

某连续刚构梁桥的弹塑性抗震性能分析

基于能力设计原理,对某连续刚构梁桥进行弹塑性地震响应分析.分别考虑桩-土作用与忽略桩-土作用建立有限元计算模型,采用刚度退化三线型模型,计算出该桥桥墩与桩恢复力计算模型的特征参数,在设防烈度与罕遇地震作用下,对其进行弹塑性地震反应非线性计算.研究结果表明:考虑桩-土作用对结构的平面内弯矩与弯矩曲率滞回曲线有较大影响,不可忽视.算例分析结果可为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

主缆-索鞍摩擦效应对悬索桥地震响应影响规律研究

为研究主缆-索鞍摩擦效应对悬索桥顺桥向地震响应的影响规律,以某主跨760 m的公路悬索桥为背景,建立全桥非线性有限元模型,采用动力时程分析,研究主缆-索鞍界面摩擦系数对界面滑移、结构损伤、关键截面抗震性能等结构响应的影响。结果表明：在设计地震下主缆-索鞍界面没有滑移,在极罕遇地震下,界面产生残余摩擦滑移,且滑移量随摩擦系数减小而显著增大;考虑界面滑移后对桥塔和桩基的损伤较为明显,当界面摩擦系数较小时可保护塔底截面安全;在设计地震下,各模型塔底抗震性能良好,在极罕遇地震下,界面摩擦系数不超过0.15时可提升桥塔抗震性能;悬索桥抗震设计时界面摩擦系数取0.15对桥塔设计是有利的。     

独塔混合梁斜拉桥阻尼器参数敏感性分析

为研究阻尼器参数对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移和关键截面内力的影响规律,获得最优阻尼参数组合及其减震效果,以某主跨260m的铁路独塔混合梁斜拉桥为工程背景,对阻尼器力学参数进行研究。采用MIDAS Civil软件建立全桥结构地震响应模型,在塔梁交接处设置2个粘滞阻尼器,考虑桩-土相互作用,选择合适的地震时程函数,进行了阻尼器参数敏感性分析。结果显示:阻尼指数α和阻尼系数C对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移、关键截面内力的影响呈相反趋势;该桥最佳阻尼器参数组合为α=0.3和C=4 000kN/(m/s)α;设置粘滞阻尼器后,桥塔塔顶位移、钢-混结合部位移和主梁梁端位移分别减小了69.8%、72%和72.9%,桥塔塔底截面弯矩减小了16.34%。     

自锚式悬索桥地震反应有限元分析

以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,采用空间有限元程序ANSYS,对其进行了地震反应仿真计算。针对桥塔和桥墩为异形结构（贝壳状弧形壳体）,采用8节点实体单元模拟主塔和桥墩。通过迭代计算确定结构初始平衡状态并计入初应力对结构刚度的影响,建立了全桥精细有限元模型。分别对嵌固模型、考虑桩-土相互作用和考虑承台土压力这3种模型进行了不同地震波组合下的动力时程反应分析。计算结果表明：塔根截面的应力水平最高,是结构抗震的关键部位;墩和塔出现了局部应力集中的现象,应力集中的区域在截面突变处和截面的角点处;考虑承台土压力的影响,可以有效减小桩基础的应力;精细有限元模型可以较好地反映结构在地震作用下的易损部位。     

桩-土-结构相互作用对空心薄壁墩梁桥抗震的影响

本文结合兰州毅德国际商贸城园区规划二路柳沟河桥设计实例讨论了桩-土-结构相互作用对空心薄壁墩梁桥在非线性时程反应分析抗震结构性能的影响,通过不同计算模型比较讨论了利用桩-土-结构相互作用优化空心薄壁墩梁桥抗震结构设计,并提出在桩-土-结构相互作用在抗震中需要进一步研究的问题。     

连续刚构桥单双薄壁墩地震响应的对比分析

单双薄壁墩是连续刚构桥桥墩常见的两种形式,论文对比研究了它们对高墩大跨弯连续刚构桥动力及地震响应的影响规律。以某座桥梁工程为背景,建立了空间有限元分析模型,分析了墩底固结和桩土共同作用两种工况下连续刚构桥的自振特性,在此基础上,利用线弹性的时程分析法,对两种桥墩形式下结构的地震响应进行了对比分析。结果表明,相同条件下采用双薄壁墩可以有效地减小主梁的弯矩响应和位移响应,降低墩底应力,所有这些都是以增大双薄壁墩底轴力为代价的。其研究成果可供桥梁初步设计及弹性抗震设计参考。