考慮樁土相互作用高橋墩群樁基礎(chǔ)動力特性研究.pdf

1、近年來,隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,西部邊遠山區(qū)的公路鐵路建設(shè)步伐越來越快,而跨越深谷、溝壑、江河的高墩橋梁通常成為這些線路建設(shè)中的控制性工程。西部山區(qū)高墩結(jié)構(gòu)通常屬于典型的非規(guī)則高墩,超出了現(xiàn)有國內(nèi)外抗震設(shè)計規(guī)范的應(yīng)用范圍,尚無規(guī)范可循。此外,大量的理論分析和研究表明,考慮地基一基礎(chǔ)一高墩結(jié)構(gòu)動力相互作用對高墩的動力特性具有重要的影響,使其地震響應(yīng)發(fā)生顯著變化。基于此背景,本文結(jié)合我國西部山區(qū)高墩的結(jié)構(gòu)特點,對非規(guī)則高墩抗震設(shè)計理論及設(shè)

2、計方法進行了系統(tǒng)的研究,了解非規(guī)則高墩在地震作用下的動力響應(yīng)特性。
　　 本文首先在總結(jié)國內(nèi)外已有相關(guān)研究文獻的基礎(chǔ)上,在查閱大量國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上,對高墩抗震設(shè)計理論、高墩抗震分析方法,土-結(jié)構(gòu)動力相互作用研究的現(xiàn)狀和發(fā)展水平,對樁-土-上部結(jié)構(gòu)動力相互作用的方法等方面的發(fā)展研究現(xiàn)狀進行了系統(tǒng)的回顧與總結(jié)。針對變截面群樁基礎(chǔ)高墩的幾何特性與受力特點,將橋墩與群樁基礎(chǔ)簡化為空間整體,在考慮橋墩變截面特性及樁土相互作用的基礎(chǔ)上,提

3、出群樁基礎(chǔ)變截面橋墩分析模型。通過引入Southwell頻率合成法,將分析模型分解成群樁基礎(chǔ)的剛體變形與橋墩的彈性變形兩個部分,分別基于能量法與有限單元法求解相應(yīng)的自振頻率,從而導出變截面橋墩的自振頻率,并結(jié)合算例證明該方法的實用性,分析了橋墩參數(shù)對自振頻率的影響。
　　 其次,為了進一步探討山區(qū)高墩-樁基結(jié)構(gòu)體系的動力響應(yīng)特性,在分析樁-土-高墩結(jié)構(gòu)相互作用理論及土體動力非線性響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上,確定了適合于樁-土-高墩體系的彈

4、塑性本構(gòu)關(guān)系,并結(jié)合工程實際,借助非線性有限元分析軟件,深入研究樁-土接觸,土體邊界的模擬,網(wǎng)格大小的劃分,阻尼等因素。在充分考慮了土體材料的非線性和樁土接觸的基礎(chǔ)上,建立了一種樁-土-高墩相互作用三維非線性有限元分析模型。
　　 此外,利用APDL語言實現(xiàn)了粘彈性邊界在ANSYS中的二次開發(fā),分析了樁-土-高墩體系在不同地震響應(yīng)下的動力特性變化規(guī)律,并探討樁-土-高墩的相互作用在地震作用下對其墩身內(nèi)力和變形的影響,深化了對山區(qū)