地震液化条件下桩-土-桥梁结构相互作用的研究

摘要

地震液化条件下桩-土-桥梁结构动力相互作用的研究是土木工程界的一个前沿课题,但是目前国内外对液化场地条件下桩-土-桥梁结构动力相互作用的研究仍然较少。因此,本文以南京“京沪高铁工程”某标段的铁路桥作为研究对象,采用ABAQUS有限元软件分别建立桩-土-桥梁结构在液化场地条件下和非液化场地条件下的二维有限元模型,对地基土的孔隙水压力、土层和桥梁结构的动力响应、桩基的破坏机理进行了研究和分析。研究结果表明:
　　 (1)地基孔隙水压力的发展与输入地震波的强度、土层的性质及深度等有着密切的关系。随着输入地震波的加速度不断增大,超静孔隙水压力不断上升,且孔隙水压力在地震结束以后不会立即消散。
　　 (2)孔隙水压力的变化将会影响地基土强度发生变化,导致土体变形,使基础产生不均匀沉降,地基土丧失承载力和抗剪强度,桥梁结构严重破坏,甚至倒塌。
　　 (3)土层液化后刚度降低,发生软化,传递振动的能力减弱。在一定程度上,对上部结构具有减振隔震作用。
　　 (4)土层液化后,土体对桩的约束减弱,桩基摆动、旋转幅度增大,使得桥梁结构的位移幅值显著增加。这也是导致桥梁结构严重破坏,甚至倒塌的重要因素之一。
　　 (5)液化土体的侧向扩展作用对桩基影响较大。在性质差异较大相邻两土层的交界处,土层相对位移较大,桩身受到较大的弯矩,使桩基有可能发生弯剪破坏,是桩身出现断裂的主要位置。因此,土体发生液化是造成桩基破坏的重要原因之一。
　　 (6)对不同类型的地震波,上部结构的反应差异较大,说明了桥梁结构的破坏不仅与地震的震级有关,还与地震波的波形有关。
　　 本文对液化场地条件下桩-土-桥梁结构相互作用的研究成果,对液化场地的抗震设计和防灾减灾具有重要的指导意义和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

致谢

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 地震液化的研究现状

1.2.1 地震液化的研究现状

1.2.2 地震液化大变形的试验研究

1.2.3 研究地震液化大变形的方法

1.2.4 液化场地对桥梁桩基础破坏的研究

1.2.5 液化的影响因素

1.3 存在的主要问题

1.4 本文的主要研究内容

第2章 大型有限元软件ABAQUS在工程中的应用

2.1 ABAQUS软件特点

2.1.1 ABAQUS的主要分析模块

2.1.2 ABAQUS/CAE的功能模块

2.1.3 ABAQUS在建立桩-土-桥梁结构相互作用模型中的运用

2.2 ABAQUS对研究液化条件下桩-土-桥梁结构相互作用的适用性

2.2.1 模拟无限区域的土体

2.2.2 土体本构模型的选取

2.2.3 孔隙水压力的模拟

2.3 本章小结

第3章 桩-土-桥梁结构数值计算分析模型

3.1 工程概况

3.2 工程地质条件

3.2.1 地形、地貌

3.2.2 土层特性

3.2.3 水文地质特征

3.3 计算模型的建立

3.3.1 计算程序中的基本假设

3.3.2 几何模型的建立

3.3.3 模型参数的确定

3.3.4 模型的接触

3.3.5 边界条件的确定

3.3.6 单元的选择与网格划分

3.3.7 输入地震波

第4章 计算结果与对比分析

4.1 液化和非液化条件下,模型孔隙水压力和孔压比的对比

4.2 液化和非液化条件下,模型水平加速度的对比

4.2.1 土体水平加速度的对比

4.2.2 液化条件下,桩基水平加速度的变化规律

4.2.3 桥梁结构水平加速度的对比

4.3 液化和非液化条件下,桥梁结构水平位移的对比

4.4 液化和非液化场地对桩基础影响的对比

4.4.1 液化条件下桩基的受力分析

4.4.2 桩土相对位移的对比

4.4.3 桩基础水平位移与弯矩的对比

4.5 不同波形对液化条件下桩-土-桥梁结构的对比

4.5.1 加速度放大系数对比

4.5.2 桥梁结构的加速度和位移的对比

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 本文主要研究成果

5.2 本文继续研究的方向

参考文献