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考虑冻土效应的桥梁桩-土相互作用计算模型研究
| 论文题名： | 考虑冻土效应的桥梁桩-土相互作用计算模型研究 |
| 关键词： | 多年冻土区;桥梁桩基础;简化模型;抗震性能;数值模拟 |
| 摘要： | 我国青藏高原地区多年冻土分布广泛，考虑到多年冻土的敏感和脆弱性，该区域桥梁工程中大量采用了热扰动较小的桩基础形式。当多年冻土区发生地震时，冻土层对桩基础的约束效应会显著影响桥梁的地震响应，其中最关键的是冻土层的存在改变了地震作用下的桩-土相互作用，给多年冻土区桩基础桥梁抗震性能评估带来了挑战。本文通过室内模型试验、力学特性试验和数值模拟方法研究了冻土物理力学特性变化对桥梁桩基础荷载反应的影响规律，揭示了冻土层对桩-土相互作用效应的影响机制，提出了能够考虑多年冻土效应的桥梁桩-土相互作用简化计算模型。具体的研究内容如下： （1）通过拟静力模型试验方法研究了多年冻土层对桥梁桩基础水平荷载反应的影响。结果表明：多年冻土层的存在能够有效的提高桩-土体系的最大水平承载力、总耗能能力、初始刚度及桩基础的变形能力，但其会加剧桩基础在水平往复荷载作用下的损伤程度，不利于桩基础的震后修复。 （2）通过冻土静三轴试验，探讨了围压、温度、压实度、含水率的变化对冻土抗剪强度的影响规律，研究表明：土体的粘聚力及内摩擦角随着温度的升高而降低，随着土体压实度的增大而增大，但以最优含水率为分界点，分界点两边冻土的抗剪强度呈相反的变化趋势。 （3）建立了考虑多年冻土效应的高承台桩基础桥墩三维实体有限元模型，对比拟静力试验结果验证了模型的可靠性，研究了多年冻土区桩周土体物理力学特性的改变对桥梁桩基础抗震性能的影响规律。 （4）提出了能够考虑多年冻土效应的桩-土相互作用简化计算模型，采用改进的p-y弹簧模拟桩周土体的水平抵抗作用，而土体对桩侧的竖向摩擦及对桩底的支撑作用分别用t-z弹簧和q-z弹簧模拟；同时在模型中特定区域加入塑性铰，实现了桩基础非线性特征的模拟。 （5）通过多年冻土拟静力试验及有限元参数化分析的结果，提出了多年冻土层不同物理力学特性下桩-冻土体系的骨架曲线简化模型，根据有限元分析结果拟合出多年冻土层不同物理力学特性下桩-冻土体系简化的骨架曲线特征值经验公式，并验证了其可靠性。 |
| 作者： | 王万平 |
| 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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