液化场地桩-土动力相互作用p-y曲线法参数敏感性分析

论文摘要

震害调查表明场地液化是导致桩基桥梁震害的重要原因之一,而我国的抗震规范对液化场地横向承载问题仅给出了一些笼统、定性的规定,致使实际操作带有较大的盲目性与随意性,暴露出对液化场地侧向荷载下的桩基抗震问题研究尚不足。液化场地桩-土-结构动力相互作用研究是解决液化场地桩基桥梁抗震问题的有效途径。动力p-y曲线分析方法作为研究桩-土动力相互作用的一个重要方法,因具有概念清晰、模型简单且易于数值实现、避免选取复杂的土本构模型且可综合考虑土的非线性等诸多优点,近年来倍受重视且被广泛应用。本文针对液化场地桩—土—桥梁结构动力相互作用问题,完成了上覆粘土层的液化场地多工况下的振动台单桩试验;针对振动台试验,基于Winkler地基梁理论并引入一种新的p-y曲线,分别考虑了桩周参振土的质量和超孔压比对桩的动力响应和砂土刚度的影响,建立了液化场地桩—土—桥梁结构动力相互作用简化数值分析模型,在自由场分析的基础上进行了两个工况的时程分析,并与振动台试验结果进行对比,验证了模型的可靠性与参数选取的合理性,总结分析了误差主要来源与存在的问题,在此基础上重点对p-y曲线法进行了桩动力响应的参数敏感性分析,并得到了一系列认识;基于桩基的破坏机制和参数分析,提出了若干桩基抗震建议。本文主要取得如下成果与认识:给出并分析了不同频率、不同振动幅值的振动台试验结果,分析发现振动幅值与加载频率对桩基的动力响应和饱和砂层的孔压发展会产生重要影响;通过正弦波与地震波的对比发现,地震波作用下桩基响应和孔压发展更剧烈。计算结果与试验的对比发现,文克尔地基梁法是一种简单可靠的桩基动力响应分析方法。通过频谱分析发现,桩身位移受低频控制,而加速度和弯矩则是较高的频率成分占优,桩身不同位置的加速度优势频率分布宽度不同。分析发现,相对较大直径桩和相对较高的桩土刚度比有更好的稳定性和安全性。上部结构配重越小桩基响应越弱,阻尼会降低桩基的动力响应,并影响各参量的衰减速度;对超孔压比的分析发现土的位移对桩土相互作用的影响大于土体刚度衰减的影响,振动幅值减半与加倍后桩基响应同样产生近似的减半与加倍,并且加速度和位移与峰值弯矩响应的滞后性不同。本文的工作与所取得的认识,尤其是基于p-y曲线法建立起简化的分析方法,对于进一步开展液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用研究,以及实际工程桩基抗震分析与设计,乃至于逐步发展基于变形的液化场地桥梁桩基抗震设计方法,具有重要的理论与现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 液化场地桩－土动力相互作用研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 液化场地桩－土动力相互作用参数敏感性分析现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 液化场地桩－土动力相互作用振动台试验
• 2.1 引言
• 2.2 振动台试验概况
• 2.3 试验分析
• 2.3.1 试验现象分析
• 2.3.2 正弦波工况
• 2.3.3 地震波工况
• 2.4 本章小结
• 第3章 液化场地桩－土地震相互作用p-y曲线分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 饱和砂土p-y曲线
• 3.3 液化场地桩－土动力相互作用p-y曲线宏单元
• 3.4 液化场地桩－土动力相互作用简化模型
• 3.4.1 简化模型的建立
• 3.4.2 体系运动微分方程
• 3.5 桩土相互作用数值模型试验验证
• 3.5.1 液化自由场地动力响应分析
• 3.5.2 0.1g1Hz正弦波
• 3.5.3 0.1gI Centro波
• 3.6 模型可靠性评价与误差分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 液化场地桩－土地震相互作用p-y曲线法参数敏感性分析
• 4.1 引言
• 4.2 参数敏感性分析思路
• 4.3 液化场地桩－土动力相互作用p-y曲线参数敏感性分析
• 4.3.1 桩径
• 4.3.2 桩土初始刚度比
• 4.4 液化场地桩－土动力相互作用p-y曲线法参数敏感性分析
• 4.4.1 辐射阻尼的影响
• 4.4.2 上部结构配重
• 4.4.3 超孔隙水压力的影响
• 4.4.4 振动幅值
• 4.5 液化场地桩基抗震设计若干建议
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢