江苏典型液化地基桩基地震响应特性及抗震设计方法研究

发布时间：2017-07-28 15:33

  本文关键词：江苏典型液化地基桩基地震响应特性及抗震设计方法研究

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【摘要】：我国是一个地震多发国家,同时也是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震经常威胁着人民的生命和财产安全。在地震作用下,可液化土层的液化现象将对桩基产生严重的危害。如何正确考虑强震作用,合理预测地震荷载对液化土及桩基的影响,分析地震荷载下桩基的动态响应,是亟待解决的难题。本文以江苏废黄河泛滥区含可液化土层地区地基抗震分析为研究对象,通过ABAQUS大型三维有限元数值模拟软件,研究了处于可液化地基中的桩基地震响应和桩-土-结构相互作用规律,分析了不同桩基参数、地层参数和结构参数下桩基地震响应的异同,并在此基础上提出了适用于江苏废黄河泛滥区可液化土层中桩基抗震的设计流程。取得的主要成果如下：(1)对国内外桩基抗震的理论研究和试验研究现状进行了全面地回顾与总结,对研究中存在的主要问题进行了分析。(2)总结了江苏省废黄河泛滥区的主要工程地质特征,通过室内动三轴试验和现场SCPTU试验,获取了工程场地的动剪切模量、阻尼比和剪切波速等土动力学参数,建立了土层剪切波速与CPTU主要测试参数的经验公式。(3)根据依托工程的工程地质条件,建立了含可液化土层的数值计算模型,先后用拟静力法和时程分析法计算了地震作用下的桩身内力,并对拟静力法计算桩顶弯矩公式进行了修正。分析认为,时程分析法的运算结果更加切合实际,规范中所用的拟静力法因忽略了土层变位而使计算结果偏小。(4)分别从桩基、地层、上部结构和桩与承台嵌固方式四个方面,分析了各参数对桩-土-结构动力相互作用的影响特征。从抗震角度来看,在本文给出的土层参数和工况条件下,灌注桩的桩身直径存在一个最佳范围,为0.6 m～0.8m;对于管桩,数值模拟结果表明,沿桩顶以下一定深度内施加强度为C45的灌芯或厚度为3mm-8mm的钢圈护壁均可有效提升其抗震性能；地震作用下埋深10m以内浅层液化土的存在对建筑物和桩基的影响显著,且会使反应谱在2s以上长周期范围内有第二峰值,而埋深10m～20m的深层液化土可作为上部结构的“缓冲垫”;上部结构因地震动而产生的惯性力对桩基础的影响只在结构层数大于10层时较为明显,而地下室的存在可使桩基因地震作用而产生的内力减小约15%---20%；桩顶固接产生的桩身内力要明显大于桩顶铰接,其差异主要发生在桩顶以下10m范围内(约合15倍桩径),但采用桩顶铰接形式对上部结构的地震响应是不利的；对预制PC圈桩基础结合工法(CP工法)和桩-承台连接处预留锥形空隙工法(FT工法)两种桩顶半刚性连接工法的分析表明,CP工法的弹簧连接刚度可取2500 kN/m～4000 kN/m,同时给出了位移控制和外力控制模式下FT工法的简化力学模型与桩顶弯矩计算公式,当土层条件较差时应采用位移控制模型,土层条件较好时则应采用外力控制模型。(5)总结了液化土层处理、桩基抗震设计以及结构基础隔震等防治桩基震害的技术方法,提出了适用于江苏省废黄河泛滥区可液化土层中桩基抗震设计的流程与方法。
【关键词】：地震 液化 桩基础 江苏废黄河泛滥区 拟静力法 时程分析法 抗震设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU435;TU352.11
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 理论计算方法13-16
• 1.2.2 桩基震害调查16-18
• 1.2.3 数值模拟计算18-19
• 1.2.4 桩的动力特性影响因素研究19-20
• 1.3 存在的主要问题20
• 1.4 论文主要研究内容20-23
• 第二章 废黄河泛滥区地基土工程特性调查与试验研究23-47
• 2.1 废黄河泛滥区地基土的工程地质分区23-24
• 2.1.1 分区原则及方法23
• 2.1.2 工程地质分区23-24
• 2.2 各分区地基土工程性质特征与评价24-31
• 2.2.1 沂沭丘陵平原区(Ⅰ)24-25
• 2.2.2 黄泛冲积平原区(Ⅱ)25-28
• 2.2.3 废黄河三角洲平原区(Ⅲ)28-29
• 2.2.4 里下河低洼平原区(Ⅳ)29-30
• 2.2.5 滨海平原区(Ⅴ)30-31
• 2.3 废黄河泛滥区地震工程地质条件31-35
• 2.4 可液化土的动力学特性试验研究35-45
• 2.4.1 室内动三轴试验35-39
• 2.4.2 现场波速试验39-45
• 2.4.3 试验所得土动力学参数小结45
• 2.5 本章小结45-47
• 第三章 地震作用下桩基动态响应计算方法研究47-87
• 3.1 工程概况47-54
• 3.1.1 工程背景47-48
• 3.1.2 工程地质条件48-51
• 3.1.3 水文地质条件51
• 3.1.4 场地地震效应评价51-52
• 3.1.5 计算模型与参数选定52-54
• 3.2 分析桩基动态响应的拟静力法54-64
• 3.2.1 拟静力法原理54
• 3.2.2 底部剪力法求解基础顶面内力54-57
• 3.2.3 液化地层水平抗力折减57-59
• 3.2.4 求解桩身内力和位移59-64
• 3.3 地震作用下桩基动态响应的数值模拟64-83
• 3.3.1 ABAQUS软件及其动力学分析模块介绍64-67
• 3.3.2 三维有限元模型的建立67-74
• 3.3.3 计算结果与分析74-83
• 3.4 拟静力法与数值模拟结果的对比与分析83-85
• 3.5 对拟静力法计算桩顶弯矩公式的修正85-86
• 3.6 本章小结86-87
• 第四章 地震作用下桩基动力响应的影响因素分析87-133
• 4.1 桩基参数87-101
• 4.1.1 桩身直径87-91
• 4.1.2 桩身模量91-95
• 4.1.3 桩身类型95-101
• 4.2 地层参数101-115
• 4.2.1 液化区厚度102-105
• 4.2.2 液化区位置105-108
• 4.2.3 液化区处理深度108-112
• 4.2.4 液化区处理强度112-115
• 4.3 上部结构参数115-122
• 4.3.1 上部结构层数115-119
• 4.3.2 地下室层数119-122
• 4.4 桩顶嵌固方式122-132
• 4.4.1 桩顶固接与铰接122-126
• 4.4.2 桩顶半刚性连接126-132
• 4.5 本章小结132-133
• 第五章 减少可液化土层中桩基震害的工程措施133-143
• 5.1 适用于江苏废黄河泛滥区可液化土的处理方案133-135
• 5.2 桩基抗震措施135-137
• 5.2.1 桩身参数135
• 5.2.2 桩身构造135-137
• 5.2.3 桩基布置137
• 5.3 结构基础隔震设计137-138
• 5.3.1 常用的隔震技术137-138
• 5.3.2 地下室的消能作用138
• 5.4 处于可液化土层中的桩基设计流程138-141
• 5.5 本章小结141-143
• 第六章 结论与展望143-145
• 6.1 本文主要研究成果143-144
• 6.2 下一步研究方向144-145
• 参考文献145-149
• 致谢149-150
• 作者在攻读硕士学位期间发表的文章及参加工程实践情况150

【参考文献】

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本文编号：584780