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冻土层对桩基础桥梁地震响应的影响研究
| 论文题名： | 冻土层对桩基础桥梁地震响应的影响研究 |
| 关键词： | 桩基础桥梁;拟静力试验;桩-土相互作用;抗震性能;地震反应;冻土区 |
| 摘要： | 冻土区桥梁工程中广泛采用了桩基础形式，土体的季节冻融效应将会对桩基础桥梁地震反应产生显著影响。为揭示冻土层对桩基础桥梁地震响应的影响机制，明确冻土区桩基础桥梁抗震性能，确保其合理的抗震设计，本文首先开展了冻土-桩基础相互作用体系室内拟静力模型试验，其次建立了考虑土体季节冻融效应的桥梁桩基础有限元模型，对比分析了不同因素对桥梁桩基础抗震性能的影响规律，最后通过动力时程分析方法研究了冻土层以及承台埋深变化对寒区桥梁地震响应的影响。本文主要研究工作如下： （1）分别对融土区和冻土区桥梁桩基础开展了室内拟静力模型试验研究，从试验现象、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力以及刚度退化等方面分析冻土层对桥梁桩基础抗震性能的影响，结果表明冻土层的存在有利于桥梁桩基础的抗震能力，但是会加重桥梁桩基础的地震破坏程度，改变其地震破坏机理。 （2）建立了考虑季节冻土效应的桥梁桩基础三维实体有限元模型，并通过拟静力试验验证了模型的可靠性，进而对季节冻土区铁路桥梁高桩承台基础非线性受力特征及影响参数进行了系统分析，结果表明土体的冻融状态、桩长和桩径、桩基配筋率以及竖向荷载等均对桥梁桩基础的抗震性能有一定影响，尤其是季节冻土融化后土体软化将会直接导致桩-土体系水平承载能力明显减弱，桩身位移和内力急剧加大，因此在寒区铁路桥梁桩基础抗震设计中应充分考虑土体的季节冻融效应。 （3）综合考虑冻土效应及桩-土动力相互作用，建立了冻土区典型的多跨简支梁桥三维有限元抗震分析模型并对其进行自振特性分析，结果表明随着表层土体的冻结和承台埋置深度的增加，桩基础简支梁桥的自振频率呈增大趋势，这将会对桩基础桥梁的地震响应产生不可忽视的影响。 （4）选取3组与桥址场地特性相近的地震波对冻土区典型的多跨简支梁桥进行动力时程分析，结果表明，冻土层的存在会使桥梁加速度反应谱的峰值前移，桥梁的位移响应峰值减小，但冻土层的存在并不总是会增大桩基础桥梁的地震反应，其对桥梁地震响应的增强或减弱效应与地震波的主频成分有关；采用低承台桩基础形式也会在一定程度上减小桥墩和桩基的侧向位移，土层对承台的嵌固作用也会减小桩身的受力，可有效防止桩基础在地震作用下进入非线性状态甚至产生严重破坏，对桥梁的地震稳定性具有积极作用。 |
| 作者： | 于生生 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张熙胤;赵相卿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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