液化场地高铁多跨简支桥梁体系强震反应模拟方法与分析

发布时间：2017-07-18 07:15

  本文关键词：液化场地高铁多跨简支桥梁体系强震反应模拟方法与分析

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【摘要】：我国高速铁路桥梁经过大面积可液化土区域,且位于7~9级高烈度区,地震引发的液化可能对高铁桥梁造成严重的毁损,带来不可估量的经济损失。解决液化场地高速铁路桥梁抗震问题的有效途径是研究液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用问题,子结构法和整体分析方法是分析桩-土-桥梁结构动力相互作用问题主要分析方法。子结构法中,采用动力Winkler地基梁法模拟桩-土相互作用是一种有效方法。目前,已有研究工作更多关注于液化对于桥梁桩基的破坏,而忽略上部桥梁结构的尺寸效应。为此,立足于高速铁路桥梁工程实际,采用子结构法,建立多跨简支桥梁体系三维有限元数值模型,分析影响液化场地多跨简支桥梁体系地震反应及其影响因素。主要研究工作:首先,建立液化场地多跨简支桥梁体系地震反应数值模拟方法。基于子结构法,针对液化场地某高铁五跨钢筋混凝土简支桥梁体系,将整个桥梁体系划分成地基和上部结构-群桩两个子结构体系,并利用CYCLIC 1D一维有限元程序建立一维自由液化场地土柱。同时,基于OpenSees有限元计算平台构建三维桩-土-桥梁结构体系有限元模型,其中,采用动力Winkler地基梁模型模拟桩-土动力相互作用。接着,借助有限元模型,分析液化场地多跨简支桥梁体系在三条典型地震动作用下的地震反应,并探究土-结构相互作用(包含液化效应)对液化场地高铁多跨简支桥梁体系地震反应的影响。结果表明,土-结构相互作用对多跨简支桥梁体系的自振特性和墩顶位移、墩底弯矩和剪力影响显著。最后,探讨桥墩高度、桥墩配筋率、地震动峰值加速度和桩径等因素对多跨简支桥梁体系地震反应的影响,主要关注桥墩墩顶位移、桥墩墩底弯矩、桥面板加速度和桩上弯矩的变化趋势和峰值大小,并分析在不同工况下土-结构相互作用对多跨简支桥梁体系地震反应的影响。最后,为液化场地桥梁体系抗震设计提供初步建议。
【关键词】：液化场地 子结构法 桩-土-桥梁结构动力相互作用 数值模拟方法 地震反应
【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】：U442.55
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景与研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-16
• 1.2.1 简支梁桥体系的典型震害类型11-12
• 1.2.2 桩－土－桥梁结构动力相互作用分析方法12-16
• 1.3 主要研究内容与技术路线16-18
• 第2章 液化场地多跨简支桥梁体系地震反应数值模拟方法18-37
• 2.1 引言18
• 2.2 工程背景18-20
• 2.3 分析方法20
• 2.4 自由液化场地数值模拟方法20
• 2.5 桩－土－桥梁结构体系数值模拟方法20-33
• 2.5.1 桥墩和桩的计算模型21-24
• 2.5.2 桥台的计算模型24-26
• 2.5.3 桥梁支座的计算模型26-28
• 2.5.4 桩－土相互作用模拟方法28-32
• 2.5.5 上部结构和承台的计算模型32-33
• 2.6 计算流程33
• 2.7 模态分析33-35
• 2.8 模型正确性验证35-36
• 2.9 本章小结36-37
• 第3章 液化场地多跨简支桥梁体系地震反应分析37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 地震动选取37-38
• 3.3 自由液化场地地震反应分析38-43
• 3.4 多跨简支桥梁体系地震反应分析43-48
• 3.4.1 桥墩地震反应43-45
• 3.4.2 桥台地震反应45
• 3.4.3 桥面板地震反应45-46
• 3.4.4 桩和土弹簧地震反应46-48
• 3.5 地震动特性的影响效应分析48-49
• 3.5.1 地震动峰值加速度48
• 3.5.2 阿里亚斯强度48-49
• 3.6 土－结构相互作用的影响效应分析49-51
• 3.6.1 桥梁体系模态分析50
• 3.6.2 桥梁体系地震反应分析50-51
• 3.7 本章小结51-53
• 第4章 液化场地多跨简支桥梁体系地震反应影响因素分析53-68
• 4.1 引言53
• 4.2 桥墩高度53-57
• 4.2.1 桥墩地震反应53-56
• 4.2.2 桥面板地震反应56-57
• 4.3 桥墩配筋率57-59
• 4.4 地震动峰值加速度59-63
• 4.4.1 桥墩地震反应60-63
• 4.4.2 桩地震反应63
• 4.5 桩径63-66
• 4.5.1 桥墩地震反应63-65
• 4.5.2 桩的地震反应65-66
• 4.6 液化场地桥梁体系抗震设计初步建议66-67
• 4.7 本章小结67-68
• 结论与展望68-70
• 参考文献70-74
• 附录 规范推荐的p-y曲线和t-z曲线74-79
• 致谢79

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本文编号：556548