砂土中桥梁高桩承台基础的抗震延性能力参数分析

尽管现行的各国抗震规范对桩基础优先按照能力保护构件进行设计，但以往震害和相关分析表明，桩基础进入非线性对于桥梁的抗震性能并非一定不利。基于此出发点，本文采用Pushover方法对2×3高桩承台基础的延性能力进行了参数分析，探究其延性抗震的潜力。数值模型通过某高桩承台基础的拟静力试验进行了验证。参数分析考虑了桩基础、上部结构和土体三方面参数变化的影响，包括桩径、配筋率、配箍率、恒载轴压比、承台底附加弯矩、自由段长度和土体相对密实度。提出了基于不同性能状态的高桩承台基础延性能力指标：“易修位移延性系数”和“极限位移延性系数”，揭示了指标随各参数的变化规律；结果表明，易修、极限位移延性系数基本符合对数正态分布，中位值分别为2.66、3.82，延性能力可观；另外，建立了位移延性系数和截面曲率延性系数的定量关系。     

多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及易损性研究

多年冻土区铁路桥梁工程中广泛采用高承台桩基础形式,多年冻土层的存在会对铁路桥梁高承台桩基础抗震性能产生显著影响。为系统研究多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能,确保其合理的抗震设计,首先开展冻土-桩基础相互作用拟静力室内模型试验,并建立多年冻土区铁路桥梁桩基础有限元模型,分析多年冻土层对高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能的影响规律;其次在验证有限元建模方法正确性的基础上,对拟静力试验中的原型桥梁桩基础进行IDA时程分析,并对96条地震波作用下桩基础地震反应的平均值进行线性回归分析,进而得到不同条件下桥梁高承台桩基础在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线。结果表明,多年冻土层的存在能有效提高桩-土体系的水平承载力及变形能力,增强其整体刚度和耗能能力,同时也会改变桩基础的地震破坏模式,使桩基础的塑性区域扩大,破坏程度显著增加;随着地面峰值加速度PGA的增加,不同损伤状态下桥梁桩基础的破坏概率逐渐增加;随着多年冻土的退化,桩身最大曲率明显减小,高承台桩基础的破坏概率大幅度下降,而墩顶最大位移明显增大,降低了桩基础的地震稳定性;随着桩身自由段长度的增加,桩身最大曲率和墩顶最大位移均呈增大趋势,桥梁高承台桩基础的地震易损性逐渐增大。因此,对多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础进行抗震设计时,应充分考虑多年冻土层和桩身自由段长度对其抗震性能产生的不利影响。     

输电线路PHC管桩单桩及群桩水平承载性能试验

依托淮南—南京—上海1 000kV交流特高压输电线路工程建设,选择淮南典型黏土地基,开展了3个带承台PHC管桩单桩、2×2和3×3两种布置方式下的5个PHC管桩群桩现场试验,分析了水平力作用下PHC管桩单桩及群桩基础的荷载-位移曲线特征,并基于试验得到的基础水平承载力特征值,进一步分析了PHC管桩单桩及群桩水平力承载性能。结果表明:水平力作用下PHC管桩单桩及群桩的荷载-位移曲线均呈"缓变型"变化规律,可将6mm水平位移所对应水平承载力的75%作为基础水平承载力特征值;基于单桩和群桩基础水平承载力特征值计算得到PHC管桩群桩效应系数为0.98,群桩基础水平承载性能良好;增大PHC管桩群桩的桩间距、扩大承台尺寸可显著提高PHC管桩群桩基础水平承载性能;当桩长达到一定长度后,桩长增加对提高其水平承载力并不显著。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

群桩效应对砂土地基中高桩承台群桩基础抗震性能的影响

针对我国广泛使用的高桩承台群桩基础,基于一组砂土地基中桩柱式基础的抗震试验数据和分析模型,建立了合理的高桩承台群桩基础Pushover分析有限元模型,分别研究在峰值和极限状态时,不同桩基自由长度和不同砂土密度条件下,群桩效应对高桩承台群桩基础整体峰值抗力和变形模式、桩顶水平剪力分配、桩身截面弯矩分布、桩身水平变形和曲率分布的影响,并讨论自由长度和砂土密度对群桩效应的影响。结果表明:群桩效应使基础峰值抗力降低;使峰值状态时承台和桩身水平位移增加,承台转角减小,而对极限状态时承台和桩身水平位移以及承台转角的影响主要依赖于自由长度大小;群桩效应对桩基剪力分配的影响较小;群桩效应对桩身分布弯矩峰值影响较小,但是对弯矩沿桩身的分布和桩身分布曲率峰值影响很大,且这种影响对于后排桩最大,中排桩次之,前排桩最小,自由长度和砂土密度对此时群桩效应的影响均较大。     

钢框架-型钢混凝土抗侧力墙装配式结构抗震性能试验研究

为研究钢框架-型钢混凝土抗侧力墙装配式结构体系(SPW体系)的抗震性能,对1榀由钢框架和预制型钢混凝土抗侧力墙组成的SPW结构足尺试件进行水平低周反复荷载作用下的试验研究,考察装配式构造的可靠性,分析结构的破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性及变形、耗能性能和协同工作机理等。试验结果表明:SPW体系具有可靠的整体性能;结构体系开裂荷载对应的层间位移角为1/400,极限荷载对应的层间位移角超过1/50,位移延性系数在3.1~3.3之间;墙体开裂之前,抗侧力墙体承担约60%的水平剪力,并呈逐步减小趋势,钢框架承担70%~85%的倾覆弯矩。     

低周反复荷载作用下交错桁架钢结构抗震性能试验研究与分析

进行了1∶8缩尺比例钢结构交错桁架的低周反复荷载试验,深入研究了钢结构交错桁架结构的屈服荷载、最大荷载、极限荷载、滞回曲线、骨架曲线及位移延性和耗能能力等抗震性能。通过建立考虑材料非线性和几何非线性影响的有限元模型对试验模型进行模拟分析,规律方面基本吻合。采用有限元方法分析了不同结构高度、桁架形式、底层桁架落地布置、结构空腹节间距、结构高宽比以及桁架跨高比对钢结构交错桁架结构抗震性能的影响。研究表明:桁架落地混合式交错桁架结构的位移延性系数和能量耗散系数比桁架不落地式的分别高9%和17%;随着结构高度增大,空腹节间距增大、高宽比增大和跨高比的减小,钢结构交错桁架结构的抗震性能均有所降低。最后给出了交错桁架结构相应参数的合理取值范围和设计建议,可供工程设计参考。     

罕遇与设防烈度地震作用下规则多层砌体结构的抗震计算实用方法

以砌体平均抗剪强度公式和理想弹塑性模型为基础，建立了砌体结构楼层屈服强度系数的计算公式，同时考虑了抗震措施的影响，实现了单片墙肢设计强度计算向楼层屈服强度计算的转换。根据Dwairi等提出的以窄Takeda滞回模型为基础的有效阻尼计算公式，并考虑砌体结构的基本周期和延性特征对其进行适当简化，建立了采用结构整体位移延性系数表达的砌体结构阻尼折减系数公式。根据剪切型薄弱层屈服机制的特征，建立了砌体结构层间位移延性系数与整体位移延性系数的关系。据此，可根据不同性能目标和抗震措施下的层间位移延性系数直接计算阻尼折减系数。通过楼层屈服强度系数与阻尼折减系数的比较，实现罕遇地震与设防烈度地震作用下规则多层砌体结构的抗震计算。分析表明，所提方法简便实用，分析结果合理可靠，可用于基于性能的规则多层砌体结构抗震分析。     

简谐荷载作用下斗拱的耗能分析

分析了三层木塔中选取的典型斗拱,运用ABAQUS建立实体模型,并对模型施加变幅简谐波荷载,分析斗拱结构在简谐波荷载作用下的力—位移曲线及斗拱在水平荷载作用下的传力路径,而后对斗拱模型滑移前后的刚度和模型的粘滞阻尼系数进行了求解,为仿古木塔结构的整体模型的抗震性能分析提供了参考。     

无筋砌体结构多层住宅振动台试验与抗震性能评估

目前,我国城镇大量砌体结构老旧多层住宅面临抗震加固、功能提升等需求。为研究该类结构的抗震性能,进行一个5层无筋砌体结构模型的模拟地震振动台试验,测试分析了7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的裂缝损伤发展状况以及楼层加速度、位移、自振频率、阻尼等变化规律。同时,进行非线性有限元分析,并用基于抗震鉴定标准、基于承载能力、基于位移和延性等不同方法,评估了试验模型对应原型结构的抗震性能。结果表明：试验模型纵向在7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下分别处于完好、轻微破坏和局部倒塌状态,不满足GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》中对7度区A类建筑的抗震性能目标要求;罕遇地震作用下无筋砌体结构多发生薄弱层屈服破坏,整体结构延性很差,保证抗震墙面积率或楼层屈服强度系数是实现无筋砌体结构在罕遇地震作用下抗震性能目标的主要技术措施;采用基于位移的抗震性能评估方法可以客观地反映无筋砌体结构抗震性能随高宽比增大而降低的规律。     

考虑土-桩-结构相互作用下的生态复合墙结构pushover分析

基于能力谱方法应用子结构原理对天然地基上带群桩基础的生态复合墙结构进行平面的静力弹塑性（Pushover）分析。建立弹簧单元模拟群桩基础,采用Davies方法确定桩的刚度;基于刚架-等效斜撑力学模型,提出考虑土-桩-生态复合墙结构共同作用的整体分析模型,并对比分析在不同地震烈度作用时土-桩-结构的共同工作问题。计算结果...     

桩墩配筋率比对桥梁结构塑性区长度的影响

采用弹塑性纤维单元模型对某连续梁桥桥墩及桩基进行了考虑桩-土动力相互作用的非线性地震反应分析,分析了不同类型地震波作用下桥墩及桩基的动力响应,重点研究了不同桩墩配筋率比对结构塑性区开展程度及动力响应的影响。结果表明:随着桩墩配筋率比的改变,桥墩和桩基的反应塑性率呈现出不同的变化趋势,桩墩配筋率比的大小对桥梁结构的塑性区开展有显著影响;桥墩的配筋率大小不仅对桥墩塑性区开展有显著影响,而且对桩基的影响较大;不同类型的地震波对群桩基础桥墩结构的动力响应影响不同,长周期地震波对结构的影响最大,内陆直下型地震波次之,板块边界型地震波最小。     

液化场地桩-土-结构动力相互作用的有限元分析

基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有效应力方法对液化场地桩基础的地震反应进行了三维有限元分析。在饱和液化砂土的循环塑性模拟中,采用了超固结边界面、Armstrong-Frederick型非线性运动硬化准则和非关联流动准则来描述动荷载作用下砂土的循环活动性以及液化强度等特性。对于桩的动力本构行为,则采用了可以考虑体积效应和轴向力影响的梁-柱单元来模拟。以某城市高架桥的实际工程为例,应用该方法对地基液化时桩-土-结构的动力相互作用进行了计算分析,并得到了一些有用的结论。     

泰州大桥北塔群桩基础三维动力非线性抗震计算研究

 采用三维八节点等参单元与无限元相组合的数值方法进行土和大桥桩基的地震反应分析。基于ABAQUS软件,建立“承台–群桩–土体系统”的大型三维非线性时域地震动力反应分析的弹塑性模型与相应的计算方法。承台和桩采用混凝土损伤塑性模型,土体采用传统莫尔–库仑屈服准则的弹塑性模型。考虑承台和大直径超长钻孔灌注桩的天然自重、江床浅部松散砂性土层部分振动液化等不利因素对桩基础承载能力的影响。提出静、动力统一的黏弹性无限元边界概念,采用四CPU并行计算得到“承台–群桩–土体系统”同时承受竖向静载荷和水平动载联合作用时,群桩的动轴力、动剪力和动弯矩,桩周摩阻力和桩侧与桩周土体的接触压强等对设计和施工具有参考价值的成果,进而对大桥桩基的抗震性能有比较全面和深入的认识。     

层状地基中桩基础的竖向荷载位移关系非线性分析方法

基于Winkler地基模型,推导了分层土中单桩处于线弹性和弹塑性状态的荷载传递矩阵,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法。考虑群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",对传统的桩–桩相互作用系数进行修正,并将其应用于刚性承台下受荷群桩和桩筏基础的非线性分析中。由于考虑了土体的成层性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。计算结果与有限元计算值和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

Study of the unified strength theory for seismic response of frame building on loess considering soil-structure interaction

To investigate the effect of soil-structure interaction (SSI) on the seismic response of frame buildings on collapsible loess, the secondary development of Abaqus was used to realize the embedding of the unified strength theory constitutive model. Meanwhile, a new nonlinear elastic model generated by the unified strength theory (b, the failure criterion parameter in the unified strength theory, equals 0.5) was developed. Seven- and nine-story frame buildings were selected as engineering examples in this study. The outcomes indicate that the nonlinear behavior of the loess–pile has a significant effect on the dynamic interaction of both group pile foundations and the superstructure under strong earthquakes. This results in an amplification of the displacement response and a reduction in inter-story shear force. As the foundation soil becomes softer, the K-type distribution of both peak accelerations and inter-story displacements along height becomes more obvious in general.     

带褥垫层桩体复合地基沉降计算改进弹塑性分析法

带褥垫层桩体复合地基,在荷载作用下桩会向褥垫层刺入,且在桩侧上部产生负摩阻力。针对复合地基中桩–土间存在相对滑移以及桩、土之间相互作用特性,引入Boussinesq解和Mindlin解改进基桩弹塑性分析法,并分别以双折线和双曲线函数模拟桩侧与土以及桩端与土接触面的非线性荷载传递关系,通过构建以桩、土结点位移为未知量的矩阵方程组来计算桩体复合地基沉降,同时可得到复合地基复杂的应力和位移分布规律。通过与室内模型试验和工程实测结果对比分析发现,本文方法计算结果与现场实测和室内试验结果比较一致,这证明了本文方法的可靠性。     

液化场地-群桩基础-结构体系动力响应分析—大型振动台模型试验研究

进行了液化场地-结构体系动力相互作用大型振动台试验,对土体和桩基的加速度反应、饱和砂土层的孔压反应等进行了测试。重点阐述了土体和群桩基础的加速度地震响应特征和饱和土体的孔压发展规律,并对土体侧向变形规律进行了分析。试验研究结果表明：0.05g拍波输入时,土体和桩基对加速度反应有着明显放大作用,土体各处孔压比增长幅度不大,土体侧向位移较小;0.3g汶川地震卧龙台地震记录输入时,桩基加速度反应规律与土体反应基本一致,土体孔压比增长明显,上部土体完全液化;土体水平侧向变形较大。本文成果可为液化场地-群桩基础动力相互作用研究做对比分析和验证数值模拟工作提供参考。     

倾斜液化场地桩基地震响应离心机试验研究

 倾斜液化场地中群桩地震响应受液化土层侧向流动和桩土相互作用影响和控制,故倾斜液化场地中桩基抗震性能问题是一个极其复杂问题。基于动态土工离心机试验来探讨考虑倾斜液化土侧向流动特点的群桩地震响应规律。试验设计不同地震强度下2个50 g典型土工离心模型试验,以研究倾斜液化场地中桩土加速度、位移、桩身弯矩和土体超孔隙水压力响应特性。试验提出倾斜饱和土层的制备方法,再现倾斜液化场地中桩基础在强震作用下的破坏程度、状态和机制,并进一步对比分析试验结果,取得较好的成果,此为倾斜液化场地桩基础的抗震设计提供可靠依据,对确保液化场地桩基础的抗震稳定性和安全性具有重要意义。