地震动特性对液化场地桥梁桩基础动力反应的影响
本文关键词:地震动特性对液化场地桥梁桩基础动力反应的影响,由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】:大量震后调查表明,强震下场地液化是导致桥梁桩基础发生严重破坏的重要原因。针对液化场地土-桩-桥梁结构体系动力反应,国内外已有很多研究工作。然而已有的研究工作更多集中于液化场地桩-土动力相互作用机理以及参数分析,很少研究考虑地震动特性的影响效应。为此,本文针对强震下液化场地土-桩-桥梁结构体系,基于通过离心机试验验证的土-桩-桥梁结构动力相互作用三维有限元数值模型,对比分析近场脉冲型和近场非脉冲型地震动作用下场地、桩基础和上部结构的动力响应,并通过计算随机变量相关性的方法研究地震动参数和各响应之间的相关性。具体研究内容、方法及成果如下。首先,离心机试验数值模拟及地震动选取。针对液化场地桩基础(单桩和群桩)离心机试验,基于OpenSees计算平台建立液化场地土-桩(单桩和群桩)-桥梁结构动力相互作用三维有限元数值模型,桩采用线弹性梁-柱单元,砂土采用多屈服面塑性本构模型模拟,桩-土接触采用刚性连接和零长度单元模拟,通过在单桩顶部施加集中质量点模拟桥梁结构。并从场地、桩基础和上部结构动力响应三方面验证了模型的可靠性。此外,分别选取了72条近场脉冲型和72条近场非脉冲型地震动,并选择了近场脉冲型地震动脉冲周期(Tp-pulse)、峰值速度与峰值加速度的比值(PGV/PGA)、平均周期(T_m)、阿里亚斯强度(AI)和90%能量持时(D5-95)为地震动特性基本参数,为后续研究使用。接着,地震动特性对液化场地桥梁单桩基础影响研究。基于上述已验证的单桩体系数值模型和所选地震动,对比分析土-单桩-桥梁结构体系在两种类型地震动作用下的动力反应区别,并对地震动参数与各响应的相关性进行分析,研究表明:上层松砂均发生了液化,而下层密砂大多数未发生液化;近场脉冲型地震动作用下各响应(地表加速放大系数、桩身位移和弯矩峰值、上部结构位移峰值和加速度放大系数)的平均值均大于近场非脉冲型地震动作用下的值,单桩基础呈悬臂梁变形形式;PGV/PGA和T_m均与各响应的相关性较好,是能较好地表达地震动对液化场地土-单桩-桥梁结构体系破坏势的参数,并用95%预测区间估计,给出地震动作用下各响应与PGV/PGA、T_m关系的预测上下界方程。最后,地震动特性对液化场地桥梁群桩基础影响研究。基于已验证的群桩体系数值模型和所选地震动,在单桩体系研究的基础上,省略场地响应的研究,对比分析土-群桩-桥梁结构体系在两种类型地震动作用下的动力反应区别,并对地震动参数与各响应的相关性进行分析,结果表明:近场脉冲型地震动作用下各响应(桩1桩身位移和弯矩峰值、上部结构位移峰值和加速度放大系数)的平均值均大于近场非脉冲型地震动作用下的值;PGV/PGA和T_m均与各响应的相关性较好,是能较好地表达地震动对液化场地土-群桩-桥梁结构体系破坏势的参数,并用95%预测区间估计,给出地震动作用下各响应与PGV/PGA、T_m关系的预测上下界方程;通过对比分析单桩和群桩动力反应差异性,单桩体系中桩身弯矩最大值和上部结构位移峰值在两种地震动作用下均大于群桩体系相应值,而群桩上部结构加速度放大系数比单桩上部结构加速度放大系数大。
【关键词】:液化场地 桥梁桩基础 近场脉冲型 近场非脉冲型 地震反应 地震动特性
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U443.15
【目录】:
- 摘要4-6
- Abstract6-10
- 第1章 绪论10-20
- 1.1 课题背景及意义10-11
- 1.2 国内外研究现状及分析11-18
- 1.2.1 液化场地桥梁桩基抗震研究进展11-16
- 1.2.2 地震动特性对建(构)筑物动力响应的影响16-18
- 1.3 本文技术路线与主要研究内容18-20
- 第2章 离心机试验数值模拟方法与地震动选取20-35
- 2.1 引言20
- 2.2 离心机试验简介20-21
- 2.3 数值模拟技术途径与可靠性验证21-28
- 2.3.1 单桩试验数值模型21-26
- 2.3.2 群桩试验数值模型26-28
- 2.4 地震动选取与处理方法28-34
- 2.4.1 地震动时程特点30
- 2.4.2 地震动反应谱特性30-31
- 2.4.3 地震动特征基本参数31-34
- 2.5 本章小结34-35
- 第3章 地震动特性对液化场地桥梁单桩动力反应的影响35-58
- 3.1 引言35
- 3.2 自由液化场地地震反应分析35-43
- 3.2.1 土体超孔隙水压力反应35-37
- 3.2.2 土体加速度反应37-43
- 3.3 单桩与上部结构动力反应43-55
- 3.3.1 桩的位移43-44
- 3.3.2 桩的弯矩44-47
- 3.3.3 上部结构加速度及位移47-55
- 3.4 地震动参数与土 单桩 桥梁结构体系动力反应相关性比较55-56
- 3.5 本章小结56-58
- 第4章 地震动特性对液化场地桥梁群桩动力反应的影响58-72
- 4.1 引言58
- 4.2 群桩基础与上部结构动力反应58-69
- 4.2.1 桩的位移58-61
- 4.2.2 桩的弯矩61-63
- 4.2.3 上部结构加速度及位移63-69
- 4.3 地震动参数与土-群桩-桥梁结构体系动力反应相关性的比较69-70
- 4.4 单桩与群桩动力反应差异性对比分析70-71
- 4.5 本章小结71-72
- 结论与展望72-74
- 参考文献74-82
- 附录82-92
- 致谢92
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