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原文传递液化场地桥梁群桩基础抗震简化分析方法研究

论文题名：	液化场地桥梁群桩基础抗震简化分析方法研究
关键词：	液化场地;桥梁群桩基础;抗震简化分析方法;有限元模型
摘要：	震害事例表明,场地砂土液化是导致桥梁桩基础失效的重要原因之一。我国是一个地震多发地区,地震作用分布广、强度大。同时我国桥梁建设加速,使得许多新建及在建桥梁位于液化场地。液化场地桩基抗震问题一直是岩土地震工程中的热点和难点,国外规范(如日本和美国)针对液化场地桩基抗震设计都有明确规定,但是,我国现行桥梁工程抗震规范对于液化场地桥梁桩基抗震设计规定过于笼统,缺乏有效的技术细节,使实际操作具有较大的盲目性和随意性,致使给工程实际带来较大的安全隐患。因此,对液化场地桥梁群桩基础抗震简化分析方法进行研究,具有重要工程意义。　　本文以液化场地桥梁群桩基础为研究对象,通过振动台试验与数值计算相结合,对其抗震简化分析方法进行研究。首先,开展液化场地桥梁群桩振动台试验,分析地震作用下场地反应和桩基动力响应规律;其次,建立液化场地桥梁群桩基础三维有限元模型并验证了模型的正确性;最后,利用等效单桩和非线性Winkler假设,给出液化场地桥梁群桩基础的抗震简化分析方法。本文主要研究内容和成果具体如下: 　　(1)采用钢筋混凝土高承台群桩基础,针对上覆粘土下伏饱和砂土的典型可液化场地,基底输入ElCentro波,完成了液化场地桥梁群桩振动台试验,研究了场地液化过程中的孔压、加速度、土反力和弯矩响应规律。研究发现:在不同地震激励下,孔压和孔压比、加速度、弯矩、土反力时程曲线都可分为四个阶段,且峰值都出现在第二阶段,这是因为基底激励在该阶段加速度幅值达到最大。　　(2)针对已完成振动台试验,基于Diana有限元软件,建立液化场地桥梁群桩基础三维有限元模型。上部粘土采用摩尔-库伦弹塑性本构模型;下部饱和砂土采用Nishi弹塑性本构模型。粘土采用20节点六面体等参单元;砂土采用20节点六面体混合单元,该单元每个节点具有4个自由度,自由度1到自由度3表示土颗粒平移自由度,自由度4表示孔压,因而该混合单元能够考虑孔压消散与重分布;桩-土相互作用采用零厚度的接触面单元模拟。通过计算结果与试验结果进行对比,详细对孔压、加速度和弯矩动力响应等计算结果进行分析,并与试验结果进行对比,发现两者结果能够很好吻合,验证了该三维有限元模型的可靠性。　　(3)针对已完成振动台试验,提出液化场地桥梁群桩基础抗震简化分析方法。将群桩基础简化为等效单桩,基于非线性Winkler假设,给出液化场地桥梁群桩基础的抗震分析的简化模型。简化模型中,将等效单桩简化为梁-柱单元质点体系,考虑桩周参振土体并取其集中质量附于梁上,承台和上部结构简化为集中质量,用宏单元模拟桩-土地震相互作用。通过自由场地分析得到场地的位移,将该位移作为简化模型的边界条件,计算桩基动力响应。基于Diana有限元软件实现上述简化分析方法,并通过简化分析结果与试验结果对比,验证了简化分析方法的可靠性。最后给出液化场地桥梁群桩基础简化分析方法的分析步骤和适用范围。
作者：	林基聪
专业：	土木工程
导师：	凌贤长
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文