考虑间隙的桩—土—结构动力相互作用数值分析模型研究

发布时间：2017-04-06 02:15

  本文关键词：考虑间隙的桩—土—结构动力相互作用数值分析模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国高速铁路桥梁桩基础普遍采用桩身较长的摩擦灌注桩,在目前的桥梁抗震设计研究中,桥墩的非线性研究较为成熟,甚至部分成果已纳入相关规范中,但在强烈地震作用下,分析桩基地震反应须计入桩-土相互作用的影响。准确地模拟桩基的动力反应,对桩基设计具有重大意义。本文在总结桩基在罕遇地震下的结构和受力特性的基础上,对比目前各种处理方法,尝试用一种较为简便的能够反映桩基动力反应的数值模型。该模型采用日本铁路规范中对桩基土抗力和力-位移骨架曲线的规定,并在此基础上详细考虑桩与土在地震作用下的相对运动状态。为以后桩基设计提供参考。本文的主要研究内容如下:(1)总结目前用于桩基动力分析的各种模型,分析其实现的难易程度以及能否适应用实际;(2)详细地介绍了桩基动力弹塑性分析的本构模型,运动方程的建立和求解;(3)详细地介绍了土体基本参数的选取过程,对影响桩基动力反应的初始参数进行详细推敲,争取以最大程度地精确模拟桩基动力反应,以高速铁路中常见的标准32m跨桥梁桩基为例,建立了详细考虑墩身非线性、桩身非线性和土体非线性建立全结构非线性分析模型,并对其进行验证,对桩基的结构参数和土体土性参数进行参数分析,分析影响桩基动力反应的主要因素以及考虑非线性后结构反应的特点;(4)采用无拉力弹簧来模拟桩与土之间的滑移和间隙的发展,研究地震作用过程中桩-土连接单元的滞回过程,并与普通弹塑性模型进行对比,在此基础上研究间隙的发展趋势和对桩基抗震性能的影响。
【关键词】：桩土相互作用 间隙 动力弹塑性分析
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.15
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 论文选题背景及必要性9-11
• 1.1.1 桩-土-结构动力相互作用简介9-10
• 1.1.2 论文课题研究必要性10-11
• 1.2 SSPSI研究方法11
• 1.2.1 子结构方法11
• 1.2.2 整体分析方法11
• 1.3 SSPSI分析模型11-17
• 1.3.1 质点系模型12-13
• 1.3.2 弹性介质中的梁模型13-15
• 1.3.3 三维实体模型15-17
• 1.4 铁路桥梁桩基抗震分析方法及其存在问题17-18
• 1.4.1 集中弹簧法17
• 1.4.2 Pushover分析法17
• 1.4.3 P-Y曲线法17-18
• 1.5 论文组织结构18-19
• 1.5.1 论文主要内容及实现方法18
• 1.5.2 论文章节划分18-19
• 2 桩基动力弹塑性分析理论19-29
• 2.1 SSPSI问题进行动力弹塑性分析的必要性19
• 2.2 动力弹塑性分析主要步骤19
• 2.3 弹塑性材料本构模型19-24
• 2.3.1 混凝土构件中钢筋本构模型20-21
• 2.3.2 约束混凝土本构模型21-23
• 2.3.3 土体弹塑性本构模型23-24
• 2.4 弹塑性分析力学模型24-25
• 2.5 桩基系统恢复力特性及恢复力曲线模型25-26
• 2.6 动力弹塑性分析的运动方程及求解26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 3 桩基动力弹塑性分析模型研究29-51
• 3.1 实例介绍29-30
• 3.2 计算参数确定30-34
• 3.2.1 土体物理参数选取30-31
• 3.2.2 结构参数补充31-32
• 3.2.3 地基参数确定32-34
• 3.3 输入地震动选取34-36
• 3.4 模型实现36-39
• 3.5 模型分析结果39-43
• 3.5.1 结构位移计内力结果39-40
• 3.5.2 桩身屈服过程及屈服状态40-42
• 3.5.3 桩侧土体屈服过程及屈服状态42-43
• 3.6 模型验证43-45
• 3.6.1 规范简化算法与桩基动力弹塑性分析结果对比43-44
• 3.6.2 破坏模式验证44-45
• 3.7 桩基动力弹塑性模型的结构参数分析45-48
• 3.7.1 轴压的影响45-46
• 3.7.2 粘土参数对桩基动力反应影响分析46-47
• 3.7.3 砂土参数对桩基动力反应影响分析47-48
• 3.8 桩基动力弹塑性模型进一步研究48-49
• 3.8.1 参震土范围影响研究48-49
• 3.8.2 参震土位置影响研究49
• 3.9 本章小结49-51
• 4 考虑间隙后桩基动力弹塑性模型研究51-64
• 4.1 桩土接触特性及模型化51-53
• 4.1.1 桩土接触的位移模式51-52
• 4.1.2 桩土接触问题的模型化52-53
• 4.2 考虑间隙的桩基动力分析模型建立53
• 4.3 考虑间隙后桩基动力分析结果53-58
• 4.3.1 各单元滞回模型53-55
• 4.3.2 结构恢复力特性55-57
• 4.3.3 桩身内力及位移分布57-58
• 4.3.4 分析结果汇总58
• 4.4 桩土间隙发展趋势及影响因子分析58-60
• 4.4.1 不同强度地震动输入下土体表现性能58-59
• 4.4.2 桩侧间隙随深度变化趋势59-60
• 4.4.3 不同地震动输入下土体表现性能60
• 4.5 桩土间隙对桩基抗震性能的影响60-63
• 4.5.1 间隙对桥梁纵横向地震耦合效应的影响60-61
• 4.5.2 间隙扩展程度对桥梁抗震性能的影响61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 本文主要结论64
• 5.2 研究中存在的不足及需进一步研究的内容64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-69
• 攻读学位期间的研究成果69

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