轻型桩基桥台的地震土压力理论研究

发布时间：2017-09-15 21:11

  本文关键词：轻型桩基桥台的地震土压力理论研究

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【摘要】：在当今的桥梁工程实践中,桩基桥台得到了越来越广泛地应用,合理地确定台背地震土压力是桥台结构抗震设计的关键问题。现行规范和学者研究在确定台背地震土压力时均是基于物部-冈部法,该方法假定桥台能够产生足够大的位移从而使台后填土出现破裂滑移面,此时对应的土压力称为主动土压力,因此,该方法适用于非岩石地基上的重力式桥台台后土压力计算。对于建设在岩石地基上的重力式桥台或桩基轻型桥台,由于桥台位移受到约束,台背土体可能未出现破裂面,因而物部-冈部公式无法准确预测其台背土压力大小。此外随着桥台高度增加,其柔度变小,在主梁惯性力作用下会引起桥台变形,导致土压力的大小和分布发生变化,其变化规律和机理并无相关的研究成果。论文对桩基轻型桥台的地震响应开展以下研究：(1)总结了桥台抗震研究现状,阐述了各国规范与学者就桥台地震土压力的计算方法上存在的差异。(2)为数值模拟桥台-土体体系的动力响应,首先要确定其动力吸收边界,以考虑辐射阻尼的影响。在粘弹性动力边界条件理论的基础上,编制程序实现了相应边界条件的输入,通过实例验证了该边界条件的鲁棒性；同时对地震动的输入方法进行研究。(3)在实际的桥台-土体体系动力响应数值模拟中,存在有几种不同的吸收边界和相应的输入方法,在总结这些方法的基础上,初步研究这些边界条件和输入方法对桥台-土体体系动力响应的影响,从而确定了一种边界条件和输入方法,以满足桩基桥台在地震作用下的动力分析的需求。(4)建立桩基桥台-土体体系的近场有限元模型,分析其在地震作用下的动力响应特性,包括台背土压力合力的大小和分布特点,桩的内力分布以及挡墙的内力分布特点；考察了台背与填土摩擦因素对整体体系的动力响应影响；研究了不同地震波作用下体系动力响应的差异；总结了不同峰值加速度作用下台背土压力大小和作用点的变化规律,在此基础上对我国规范计算方法进行了修正；研究了不同梁段质量条件下桥台地震土压力的分布规律,提出了考虑该因素时地震土压力的修正方法。
【关键词】：桩基桥台 地震 地震土压力 动力吸收边界 物部-冈部法
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.15
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 引言12-14
• 1.2 桥台抗震研究现状14-17
• 1.2.1 极限平衡法14-15
• 1.2.2 弹性波理论15-16
• 1.2.3 整体有限元16
• 1.2.4 试验研究16-17
• 1.3 本文研究主要工作内容17
• 1.4 拟解决的关键问题和创新点17-19
• 第2章 地震土压力理论19-35
• 2.1 概述19
• 2.2 地震土压力研究现状19-22
• 2.2.1 地震土压力研究在国外的发展19-20
• 2.2.2 地震土压力研究在国内的发展20-22
• 2.3 各国规范地震土压力计算方法22-29
• 2.3.1 中国规范22-26
• 2.3.2 日本规范26-27
• 2.3.3 欧洲规范27-29
• 2.3.4 美国规范29
• 2.4 地震土压力对比29-34
• 2.4.1 国内地震土压力计算方法对比30-32
• 2.4.2 国内与国外地震土压力计算方法对比32-33
• 2.4.3 限制位移桥台地震土压力对比33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 桩基桥台有限元模型动力人工边界35-49
• 3.1 概述35-36
• 3.2 基于衰减的平面散射波的粘弹性人工边界36-39
• 3.2.1 二维切向粘弹性动力人工边界37-38
• 3.2.2 二维法向粘弹性动力人工边界38-39
• 3.3 粘弹性人工边界的实现39-44
• 3.3.1 粘弹性人工边界在ANSYS里的实现39-40
• 3.3.2 粘弹性人工边界的验证40-44
• 3.4 地震动输入的实现44-46
• 3.4.1 地震动输入的理论44-45
• 3.4.2 粘弹性人工边界条件下地震动输入验证45-46
• 3.5 地震动输入方法与人工边界的相互作用46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 桩基桥台在不同边界条件下的地震响应49-62
• 4.1 概述49
• 4.2 成层地基的一维反演分析49-52
• 4.3 桩基桥台动力响应模型建立52-57
• 4.3.1 有限元模型的建立52-53
• 4.3.2 模型参数与网格划分53-54
• 4.3.3 输入地震波的基线修正54-55
• 4.3.4 模型阻尼的确定55-56
• 4.3.5 模型边界条件56-57
• 4.4 土体-桥台的模态分析57-58
• 4.5 土体-桥台体系的动力响应分析58-61
• 4.5.1 桥台顶部位移时程58-59
• 4.5.2 桩的剪力分布59-60
• 4.5.3 桩的弯矩分布60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 桩基桥台地震响应的参数研究62-83
• 5.1 概述62
• 5.2 建模过程62-63
• 5.3 桩基桥台动力响应分析63-68
• 5.3.1 桩基桥台重力作用结果63-65
• 5.3.2 桩基桥台动力响应结果65-68
• 5.4 不同地震波的影响68-69
• 5.4.1 地震波的选取68
• 5.4.2 不同地震波的响应结果68-69
• 5.5 台背摩擦的影响69-71
• 5.6 地震峰值加速度71-76
• 5.6.1 不同地震峰值加速度响应结果71-72
• 5.6.2 有限元与规范计算结果的比较72-75
• 5.6.3 限定位移的桥台动土压力计算方法对比75-76
• 5.7 梁对桥台动土压力的影响76-81
• 5.7.1 模型建立76-77
• 5.7.2 不同梁质量对桥台动土压力的影响77-78
• 5.7.3 桥台线性刚度对动土压力的影响78-80
• 5.7.4 考虑梁段影响时土压力作用点位置的确定80-81
• 5.8 本章小结81-83
• 结论与展望83-85
• 成果与结论83-84
• 研究展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-90

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本文编号：858904