可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)分析與簡化分析方法研究.pdf

1、震害表明，場(chǎng)地液化是導(dǎo)致橋梁樁基震害的重要原因之一，而我國橋梁工程抗震規(guī)范對(duì)可液化場(chǎng)地橋梁樁基抗震設(shè)計(jì)問題僅給出了一些籠統(tǒng)、定性的規(guī)定，致使實(shí)際操作帶有較大的盲目性與隨意性，暴露了對(duì)該問題研究的不足。可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)研究是解決可液化場(chǎng)地樁基橋梁抗震問題的有效途徑，動(dòng)力p-y曲線方法是研究樁－土地震相互作用的重要方法之一，為發(fā)展基于變形的可液化場(chǎng)地橋梁樁基抗震設(shè)計(jì)方法提供一般性的思路。但是，該法用于可液化場(chǎng)地樁－土地震相互作用分

2、析的核心問題在于如何合理確定砂土的動(dòng)力p-y曲線。事實(shí)上，盡管地震過程中場(chǎng)地未完全液化，但是砂土的動(dòng)力屬性由于孔壓升高出現(xiàn)很大改變。故而，有必要對(duì)場(chǎng)地液化過程中橋梁樁基地震反應(yīng)與簡化分析方法進(jìn)行研究與探討。本文針對(duì)可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)分析問題，通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和計(jì)算分析相結(jié)合，建立可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)三維有限元方法；基于此，獲得不同相對(duì)密度砂土的動(dòng)力p-y曲線，采用孔壓比分時(shí)段的思路，建立了不同時(shí)段內(nèi)同一孔壓比下砂土的動(dòng)力p-

3、y曲線及其骨架線，進(jìn)而得到不同孔壓比下砂土的動(dòng)力p-y曲線骨架線，據(jù)此提出了考慮孔壓效應(yīng)的飽和砂土p-y曲線修正公式，發(fā)展了可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)簡化分析方法。本文主要研究工作與取得的若干認(rèn)識(shí)，具體如下：
　　(1)采用鋼筋混凝土單樁－柱墩基礎(chǔ)型式，針對(duì)典型的表層覆蓋粘土層、中間飽和砂土夾層而下臥粘土層的可液化場(chǎng)地，實(shí)施可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了場(chǎng)地液化過程中橋梁樁基地震反應(yīng)規(guī)律與場(chǎng)地動(dòng)力特性，給出了可液化場(chǎng)

4、地樁－土地震相互作用p-y曲線建立的途徑，分析了砂土的動(dòng)力p-y曲線基本特性。
　　(2)基于OpenSees有限元數(shù)值模擬平臺(tái)，針對(duì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，采用u-p形式控制方程的有限元實(shí)現(xiàn)形式且引入土的多屈服面彈塑性本構(gòu)模型模擬土的動(dòng)力屬性，采用基于歐拉－伯努利梁理論的梁－柱單元模擬樁的力學(xué)特征，樁－土地震相互作用采用考慮體積效應(yīng)的剛性連接單元給出處理，建立試驗(yàn)受控條件下可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)三維有限元分析模型與計(jì)算方法。通過橋梁樁基

5、地震反應(yīng)、場(chǎng)地動(dòng)力特性等計(jì)算值與試驗(yàn)值的對(duì)比，驗(yàn)證了所建有限元分析模型與計(jì)算方法的正確性，可以很好地模擬可液化場(chǎng)地樁－土地震相互作用過程。
　　(3)采用有限元方法，針對(duì)不同相對(duì)密度砂土的可液化場(chǎng)地橋梁樁基地震反應(yīng)，輸入不同幅度的El Centro波進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得不同幅值的地震波輸入下不同相對(duì)密度的砂土動(dòng)力p-y曲線。通過分時(shí)段考慮孔壓比的途徑，建立了對(duì)應(yīng)不同時(shí)段同一孔壓比下砂土的動(dòng)力p-y曲線簇，借助土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系曲線骨

6、架線的構(gòu)建思路，以孔壓比為基本控制變量，建立不同孔壓比下砂土動(dòng)力p-y曲線骨架曲線簇，以API規(guī)范推薦的飽和砂土p-y曲線為基礎(chǔ)，分段建立了以孔壓比為基本控制變量且能夠反映出孔壓引起土性剛度與強(qiáng)度退化的不同相對(duì)密度飽和砂土p-y曲線修正公式，給出具體的表達(dá)式與參數(shù)確定方法。
　　(4)基于自由可液化場(chǎng)地地震反應(yīng)分析方法，針對(duì)自由可液化場(chǎng)地振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，建立了試驗(yàn)受控條件的自由可液化場(chǎng)地地震反應(yīng)的數(shù)值模型，通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模型

7、的正確性。同時(shí)，對(duì)上覆粘土層、中間砂層以下伏軟粘土層的自由可液化場(chǎng)地地震反應(yīng)進(jìn)行模擬，分析三層土自由可液化場(chǎng)地地震反應(yīng)特征。
　　(5)通過將彈簧單元和阻尼單元并聯(lián)的組合方法，構(gòu)建出可液化場(chǎng)地樁－土地震相互作用分析的p-y模型，給出了模型計(jì)算參數(shù)的合理確定方法與具體表達(dá)式，融入了考慮孔壓效應(yīng)的砂土p-y曲線修正公式，以考慮砂土液化對(duì)樁－土地震相互作用土彈簧特性的影響。針對(duì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，采用非線性文克爾地基梁模型，選取構(gòu)建的p-y模型