不同桩基形式高桩码头地震动力损伤振动台试验研究

为研究不同地震动作用下钢管直桩与钢管斜桩高桩码头结构的动力反应特征及桩基结构震损模式,以某典型钢管桩基高桩码头为研究对象,基于相似准则,设计并开展了室内振动台试验研究。研究表明：远场地震动对直桩桩基码头结构的影响较大,而斜桩结构对近场地震动的激励更敏感。地震动作用下,直桩模型无明显损伤迹象;斜桩模型桩体在桩顶处发生断裂,且在固结泥面处发生了屈曲破坏。其破坏原因是：在持续强震荷载的作用下,伴随大变形的产生,大刚度斜桩结构承受了较大的地震作用,桩顶部弯矩瞬时急剧增大,致使斜桩发生断裂,导致结构的脆性破坏,属于非延性设计。基于以上研究,建议在地震动峰值加速度小于400Gal时可采用钢管斜桩高桩码头的结构形式。     

预应力高强混凝土管桩（PHC）抗震性能的探讨

基于对桩基的地震震害破坏特点的分析,指出在地震作用下,桩身破坏截面承受与弯矩同量级的剪力值;总结目前预应力高强混凝土管桩（PHC）设计规范、施工阶段存在的问题,指出其在地震作用下存在抗剪承载力不足的安全隐患。在总结国内外有关PHC桩身地震作用下的抗剪设计计算方法的研究的基础上,指出进一步研究的问题和方向。     

高桩码头桩基在倾斜泥面中的水平承载性能研究

现有的高桩码头设计方法在进行桩基水平承载力计算时通常是基于普通天然地基的水平泥面假设,而对泥面倾斜情况下,桩基的水平承载力计算至今没有一套成熟的计算方法可循。为揭示高桩码头排架在斜坡面上的工作机理,通过室内模型试验系统研究了单桩在斜坡面上的水平承载特性。通过对室内模型试验结果分析,提出了基于泥面水平时桩基水平受力性能来确定不同泥面坡度下桩的水平承载性能的修正计算公式,包括桩身最大弯矩、桩身最大弯矩点位置、桩顶位移、泥面位移以及考虑泥面坡度和桩深度的土弹簧刚度修正公式,为处于倾斜泥面的高桩码头桩基设计计算提供了理论依据。     

非液化土-群桩基础-结构体系相互作用动力响应振动台试验研究

为深入研究非液化场地中桩-结构体系地震响应和土-结构动力相互作用问题,进行了含有一定深度的松砂层非液化场地土-结构体系动力相互作用大型振动台试验,分析非液化场地和群桩基础的加速度地震响应特征,并对土体侧向变形规律以及桩基弯矩分布进行了分析。结果表明：当输入0.05g拍波时,土体与桩基对加速度反应表现出放大作用,且距离结构较远处土体对加速度放大作用更加明显;当输入0.3g汶川地震卧龙台地震记录时,加速度只在远离桩基的土体中加速度反应有一定放大;桩身最大弯矩均超过60N·m,并且桩基弯矩幅值呈现出桩顶弯矩小(靠近桩顶处)、下部弯矩大(靠近桩端处)的规律,且在土层交界面附近弯矩存在突变;上部结构加速度反应自上而下有一定程度的减小,地震动Arias强度值减小明显,刚性场地上的结构地震动Arias强度是位于土体上结构的3~4倍,说明土体的耗能作用明显。     

全直桩与斜桩高桩码头结构地震动力损伤对比研究

为探究斜桩与全直桩高桩码头结构受强地震作用的损伤特点,以一典型钢管高桩码头为研究对象,并以同一建设场地为背景,在相同服役条件及地质条件下,分别建立斜桩与全直桩高桩码头结构的有限元解析模型,进行结构体系的数值模拟仿真。通过桩体截面弯矩-轴力关系曲线,分析了全直桩码头、斜桩码头两种不同结构形式受不同水平地震作用下的动力响应特性及损伤特点,为高桩码头结构的设计与选型提供合理的依据和参照。研究结果表明,在斜桩结构的内力中,斜桩的轴力起主要支配作用,可有效分担地震的作用力,在输入地震动为350 gal时,考虑到结构的水平位移满足设计要求等因素,斜桩结构在抗震性能方面要稍优于直桩结构,在输入地震动为1 000 gal时,两种结构均发生了塑性破坏,通过塑性损伤开展以及对于地震能量的吸收与耗散的对比分析,得到全直桩结构具有优于斜桩结构的抗震性能的结论。     

考虑台后不平衡土压力下整体桥H型钢桩基-土相互作用内力计算方法

在台后填土作用下整体式桥台-H型钢桩-土相互作用和大不平衡土压力下(台后土表面均布荷载增大了3.81 kPa)整体式桥台-H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究的基础上,提出了考虑台后不平衡土压力下整体桥桩基-土相互作用的内力计算方法,计算了整体桥台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力,并与现有的台后土压力理论和桥梁规范的计算值进行比较。结果表明:正向加载时,采用现有的台后土压力理论和桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力均与试验结果存在较大偏差; 采用黄-林法可较准确地计算AHP模型的台底弯矩和剪力以及桩身弯矩和剪力; 对于LAHP模型,试验值均与各理论计算值相差较大; 正向加载时,随着位移荷载的增加,AHP和LAHP模型的台底和桩身弯矩均逐渐增大; 台后堆载(大不平衡土压力)对整体桥台底剪力和弯矩以及桩身的剪力和弯矩产生较大的影响,LAHP模型的台底和桩身弯矩整体上均大于AHP模型的,而LAHP模型的台底剪力小于AHP模型的,桩身剪力大于AHP模型的。     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

增设连接墙的双桩基础水平承载特性试验研究

桩基承受水平地震作用时,桩与承台处的弯矩和剪力值都为最大,为避免连接处过早发生破坏,需要对连接处构造进行加强。通过制作普通双桩基础和增设连接墙双桩基础两种形式的缩尺模型,进行低周往复加载对比试验,对两种试件在各级荷载下的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布进行比较,得出增设连接墙的双桩基础水平承载力、耗能能力及抗弯刚度都较普通双桩基础有大幅度提高,且连接墙的存在使桩身弯矩峰值所在位置发生改变。     

钻孔灌注桩的计算和配筋

建筑物桩基在地震荷载作用下的受力分析实际是一个动力计算问题。地震时,地震波通过土介质以弹性波形式向四周传播,土层振动引起桩基础的振动,桩基础振动能量又传给上部结构,上部结构振动反过来又以惯性力作用于桩基础和地基上,瞬时间桩承受了附加的垂直荷载、弯矩和水平剪力。在地震中上部结构-桩-地基土,三者相互作用比较复杂。近年来国外虽已开始研究试用动态法计算,但须要一个探索过程。目前,桩基的抗震设计大部分国家仍以静力法为主,即将上部结构(或包括地下部分)所受水平     

采用UHPC-RC阶梯桩的整体桥试设计

为了增大桥台基础柔度,适应整体桥纵桥向变形需要,提出了上部采用超高性能混凝土（UHPC）材料、下部采用普通混凝土（RC）材料的UHPC-RC阶梯桩,进行了这种新型桩基整体桥的试设计,在桩顶3 m范围内用截面尺寸为30 cm×30 cm的UHPC代替原来的70 cm×50（70） cm普通混凝土,并采用MIDAS软件建立了全桥空间有限元模型。研究结果表明:恒载作用下,试设计桥梁端负弯矩相比于原桥明显减小;在偏载和中载作用下,试设计桥主梁在桥台处的负弯矩分别减小14.2%和22.8%;整体降温作用下,主梁的轴力和弯矩均都有显著减小,桩身的最大剪力和最大弯矩出现在桩顶位置,分别减小52.2%,59.8%;在整体升温作用下,桥台的最大剪力和最大弯矩出现在桥台顶部位置,分别减小32.6%,45.8%;UHPC-RC阶梯桩是一种适合中国国情、有发展前景的无缝桥桩基新结构。     

地震下单桩动力响应的有限元模拟

采用ANSYS结构分析软件建立了三维有限元实体模型,计算了地震作用下桩—土动力相互作用体系的动力反应,分析了体系的加速度反应、位移反应、桩身应变、桩身挠度、桩身弯矩、桩身剪力和桩土间接触压力等,并探讨了桩土刚度比、上部荷载等参数对桩—土相互作用体系的影响。     

波浪和地震作用下高桩承台-土-结构动力响应

利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形,采用Morison方程计算波浪力,并对结构水平方向输入E1-Centro波进行模拟,根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究,研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化,并与地震单独作用下...     

可调节式挡水板在深水高桩码头中的减震效果

为研究水深度对高桩码头结构抗震性能的影响,明确地震作用下码头钢管桩的塑性发展与水深的关系,验证可调节式挡水板的减隔震效果,以典型钢管高桩码头为研究对象,使用ABAQUS软件建立直桩式高桩码头有限元模型,在不同类型及峰值加速度地震动作用下,通过设置挡水板并改变其倾斜角度,研究结构在远场长周期地震及直下型地震作用下挡水板调整的合理角度。研究结果表明：随水深增加,钢管桩码头在地震作用下的损伤程度也会随之增加,码头结构的抗震性能下降,设置挡水板可有效减小地震作用下结构的最大位移及钢管桩塑性率(最大曲率与屈服曲率的比值);对于远场长周期地震作用,应将挡水板角度调整为45°~60°之间,对于直下型地震作用,若对码头面板位移无严格限制,可将挡水板角度调整到0°~60°范围,此时钢管桩结构塑性率小于破坏塑性率,但结构位移值较大,若使结构位移减小,应将挡水板角度保持在45°~60°之间。     

地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥地震响应分析

为了研究宽箱鱼腹式箱梁在地震作用下的动力特性,对哈尔滨市某立交桥进行动载试验,并用Midas Civil建立有限元模型,分析该桥的动力特性。通过对比理论数据与试验数据,验证模型准确性,在此基础上对模型施加地震荷载,进行非线性时程分析,研究宽箱鱼腹式连续箱梁桥在地震作用下的响应。结果表明:地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥主梁横向抗弯及抗扭性能较好,各阶模态变形以主梁竖弯和桥墩侧弯为主,桥梁墩高对结构的振动响应影响较大,矮墩承受较大的水平地震力,主梁在纵桥向刚度较大,导致主梁和桥墩构件纵桥向地震响应同步。该研究可以为相关类型桥梁抗震设计提供参考依据。     

动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响

地震激励下水与桥墩的相互作用会对桥墩产生动水压力,本文研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,对提高深水桥墩长大桥梁的抗震安全性尤为重要。分别采用Morison方程和辐射波浪理论,建立了动水压力计算方法,分析了动水压力作用对桥墩地震响应的影响,并比较了两种方法计算的动水压力对桥墩地震响应影响的差异;分析了考虑土-结构相互作用时以及双向地震作用下动水压力作用对桩基桥墩地震响应的影响。研究表明:动水压力作用不仅会改变桥墩的动力特性,而且会增大桥墩的地震响应,其影响随相对水深的增大而增强;当桥墩迎水面宽度较大时,采用Morison方程计算的动水压力对桥墩地震响应的影响明显大于采用辐射波浪理论计算动水压力的影响;考虑土-结构相互作用会降低动水压力对桥墩地震响应的影响,但其影响仍不容忽视;考虑双向地震作用会加剧动水压力对桥墩地震响应的影响。由此得出结论,在深水桥墩长大桥梁的抗震分析中,需考虑动水压力作用对桥墩地震响应的影响。     

地基变形引起的高桩排架负摩擦力、内力和变形的研究

研究了将桩身杆单元与以非线性位移-反力表示的桩土单元叠加构成复合单元(桩单元)的桩结构计算方法,利用桩土侧向压力-位移、摩擦力-位移曲线,将地基滑移和沉降视为初始位移,编制了考虑地基位移、沉降引起的码头高桩排架负摩擦力、内力和变形的有限元计算程序。通过对某多级围堤接岸结构的高桩码头排架的数值分析,得出在筑堤引起的负摩擦力和土体水平滑动作用下,上部结构没有产生过大作用力,但桩基承受了很大的轴向压力和较大的弯矩,需采取一些减小负摩擦力的措施。     

考虑冲刷深度变化的桩基小型振动台试验研究

岷江3号桥遭遇2008年“5.12”8级强烈地震,又面临令人震撼的严重冲刷。为了弄清楚该桥实际工况,按照实际桥梁墩桩的1:20模型,采用小型振动台试验的方法,分析在不同冲刷深度、不同地震波作用下桥梁墩桩的抗震性能。试验结果表明:模型桩基冲刷深度在15 cm(相当于桩长1/8)左右时,桩顶弯矩、轴力达到最大值;随着冲刷深度的加大桩身弯矩也随之增大,桩身最大弯矩位置(即最不利位置)随之下移,墩顶弯矩不变而墩底弯矩逐渐减小。岷江3号桥存在继续加剧冲刷的趋势,桩基承载力将继续下降,抗震性能将逐渐降低,需要进行墩桩加固。研究可为强震区受严重冲刷桥梁的抗震设计与加固提供参考依据,对类似工程有较强的借鉴意义。     

结构-群桩基础地震响应离心振动台模型试验

为研究桥梁群桩基础的大质量承台和外露桩基对桩-土动力相互作用效应的影响,分别对低承台（与土接触）和高承台群桩基础进行了离心振动台模型试验。试验中地基土采用了黏质粉土,上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括单桩和群桩。为模拟地震剪切波作用下土层运动效应,采用叠环式层状剪切箱实现土体的层状自由剪切,箱内壁设置橡胶膜以消除边界反射效应。在加速度为5.0g的离心环境中,选取Chi-Chi地震波作为基底激励输入,在不同输入峰值加速度下,分析了结构-群桩基础的地震响应。试验结果表明：与低承台群桩基础相比,高承台形成的群桩外露会增加上部结构和承台的惯性效应,改变桩身峰值弯矩的分布,表现为承台与桩接触处的桩身峰值弯矩下降,但桩身最大峰值弯矩改变较小。     

桩—土相互作用对高墩简支梁桥地震响应的影响

本文以位于木里县的达娃二桥为工程背景,利用反应谱法进行高墩简支梁桥在E2地震作用下的响应分析,分析对比考虑桩—土相互作用效应与否对高墩简支梁桥地震响应的影响。结果表明:当考虑桩—土相互作用时,结构的体系变的更柔,结构位移变大;主墩的弯矩变小,剪力变化趋势相同,但极值点位置发生变化;主梁的内力变化有大有小。