考虑土桩相互作用的高铁桥梁抗震性能分析

发布时间：2019-09-11 22:57

【摘要】：采用现行规范进行高速铁路桥梁抗震设计时,通常把桩基础设为能力保护构件,认为破坏发生在桥墩位置。然而总结国内外近几十年的震害资料表明,不少的桥梁结构是因为桩基础的失效而导致结构的整体破坏。在研习大量相关资料的基础上,本文对桥墩—桩基础系统进行了深入的研究。本文主要工作如下： (1)对土—结构相互作用的历史和发展现状进行了概括,描述了地震作用下土—结构相互作用的基本机理,概括了土—结构相互作用的研究方法,介绍了工程中常用的土—桩—结构相互作用的计算模型,对土桩相互作用的若干重要问题进行了讨论。 (2)为考虑水平荷载作用下土桩之间的相互作用,结合国内外相关设计规范,提出了基于p-y曲线法(包括t-z曲线、q-z曲线)的单桩基础的非线性计算模型,并通过现场试验数据验证了p-y曲线法的准确性及适用性；探讨了土参数的改变(粘土的不排水抗剪强度与容重、砂土的摩擦角与容重)对桩基础力学行为的影响。 (3)提出了适用于我国高铁桥梁抗震分析的群桩基础的非线性计算模型,模型中以P-乘子考虑群桩效应并以分布塑性铰模式追踪桩身的非线性变形；以京石客专为背景,对非线性群桩基础进行了有限元模拟分析以及群桩非线性性能的参数影响分析,研究了墩顶水平荷载作用下,群桩基础的破坏形态、变形能力、承载能力以及桩身内力分布规律；并总结了影响参数的改变(墩高、桩径、桩身配筋率、桩身配箍率)对群桩基础的承载能力、位移延性系数以及桩身塑性铰产生机制、发展历程的影响规律。 (4)对桥墩—桩基础系统进行了能力谱法分析。介绍了Pushover分析方法及能力谱法的基本原理及实施步骤,概述了两类弹塑性需求谱的构造方法以及相应性能点的求解方法；提出了考虑桥墩横桥向剪切效应的弯剪数值分析模型,模型中以弯曲弹簧模拟结构的弯曲变形和极限承载力,剪切弹簧考虑结构的剪切变形,两者耦合共同考虑桥墩的弯剪作用,并以试验数据验证了模型的有效性；以西宝客专专施桥为例,采用基于延性系数的弹塑性需求谱及赵冠远Ry-u-Tn关系模型进行了桥墩—桩基础系统的能力谱法分析,能力谱分析的结果与非线性时程分析的结果对比,误差在允许范围内,验证了本文提出的能力谱法对桥墩—桩基础系统进行目标位移求解的准确性。 (5)对桥墩—桩基础系统进行了基于延性的抗震性能分析。提出了桥墩—桩基础系统的破坏类型及判定方法,概述了不同破坏类型下桥墩—桩基础系统抗震性能的分析方法：对墩身破坏型结构,以改进的刚度退化模型和Park-Ang双参数模型进行结构的损伤计算,并提出了桥墩—桩基础系统的破坏等级与损伤指数之间的量化关系；对基础破坏型结构,以反应塑性率和构件损伤水平进行结构的抗震性能分析。给出了具体的计算实例,算例中探讨了墩身配筋率对桥墩—桩基础系统破坏类型的影响。
【图文】：

土体,模型,嵌固,附加质量

别离散为附加质量、双线性滞后型弹簧和非线性阻尼器的系统，如图1-5;靠近结构的土体与结构振动相同，这部分土体被称为等价土体；用Mindlin理论计算地基土的弹性系数、用Winkler假定确定地基反力系数。Penzien模型能反映出土桩相互作用中最本质的质量、刚度和阻尼特性，至今仍是一种常用的集中质量分析模型。但是Penzien模型（1964)的参数确定比较复杂，特别是附加质量的确定，使得应用起来很不方便；同时，该模型采用Mindlin无限半空间弹性理论假设，将土体考虑为弹性介质，无法准确模拟强烈地震作用下土体的非线性行为。I.丁部基础抗 +结转动弹簧 1 构‘—~^ 桩土弹簧附? ^地i ? 动i tt 输里? I入? SI/7777777777777/7777777777777图 1-5 Penzien 模型Fig. 1-5 The model of Penzien1.5.2集中参数模型集中参数模型是在Winkler地基梁模型的基础上进一步简化而来。该模型按简化集中约束的不同可分为嵌固模型，六弹簧模型等。嵌固模型将桩基在地面或冲刷线以下一定深度处按固结处理

示意图,试验荷载,示意图,空心钢

试验单桩为圆形空心钢桩（ASTMA106B)、混凝土桩帽（C40)，试验为横向加载试验，，加载位置在柱帽中心，加载示意图如图2-7所示。0.15-1"0.15 I I I I ‘ I ‘ r "““ 1 ‘ 1—0 20 40 60 80 100 120时间（S)图2-7试验荷载示意图Fig.2-7 Test load diagram25
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U442.55

【参考文献】