地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析_冯忠居.pdf
《地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析_冯忠居.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析_冯忠居.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第期 年月地震工程学报 ,收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目();海南省交通科技项目();长安大学中央高校基本科研业务费专项资金()第一作者简介:冯忠居(),男,博士,教授,主要从事岩土工程、地震工程方面的研究。:。通信作者:李宇杰(),女,博士研究生,主要从事桥梁桩基等岩土工程方面的研究。:。冯忠居,李宇杰,张聪,等 地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析 地震工程学报,():,():地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析冯忠居,李宇杰,张聪,王富春,马晓谦(长安大学 公路学院,陕西 西安 ;海南省交通规划勘察设计研究院,海南 海口 )摘要:为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩
2、基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用 有限元软件建立其强震区桩海床岩土体断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(.)的 年超越概率为 的地震波(后文简称 地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明:上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在 以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在 以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪
3、承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。关键词:地震响应;数值模拟;桥梁桩基;活动断层;力学特性中图分类号:文献标志码:文章编号:():,(.,;.,):,(),:;引言地震波会对桥梁桩基础及周围岩土体产生扰动,从而影响桩基础的承载特性和稳定性,甚至造成其破坏失效。现有的桥梁大直径深长桩基础抗震设计理论中,关于活动断层对桥梁抗震性能的影响研究还处于探索阶段,无法满足桥梁桩基工程在跨断层施工时安全和经济上的需求,为完善现行桥梁地基基础设计规范,针对活动断层这一特殊地质条件下的桥梁桩基设计研究亟待开展。当前国内外学者分析地震作用下桥梁桩
4、基动力响应的方法主要是随机振动法、时程分析法与反应谱法。赫永峰等 分别运用规范简化算法、弹性、弹塑性时程分析法及反应谱法对比分析了连续梁桥在地震作用下的响应情况,给出不同计算阶段的适用方法。单德山等 基于全国 个汶川主震地震台站记录的反应谱,分析了不同断层距离下高墩大跨度连续刚构桥的动力响应特性。刘小璐等 利用随机振动和随机模拟等结构动力响应分析方法,研究了大跨度桥梁结构在地震中的动力可靠度。在振动台模型试验研究方面,冯忠居等 较为系统地研究了桩土断层耦合作用下,桥梁桩基的抗液化性能及桩身加速度、弯矩、剪力、桩顶位移、桩基损伤情况等动力响应规律。吴琪等 揭示了地震作用下珊瑚砂场地地基框架结构群
5、桩上部结构的动力响应规律。宋波等 分析了高桩码头钢管直桩和斜桩结构在不同地震动作用下的动力响应特点以及震损形式。等 探讨了群桩结构体系在可液化与不可液化砂土中的应变及加速度等动力响应特性。在数值模拟方面,为桥梁的有限元模型提供了计算平台 。陈旭等 通过建立有限元模型研究了土体非线性对高墩桥梁地震响应的影响和土层对基岩地震动的滤波效应。张永亮等 建立了简支梁桥考虑桩承台土相互作用的 有限元单墩模型,应用反应谱法分析桩基础在承台侧向土埋深和桩侧土值变化时的地震反应规律。等 利用 有限元软件建立了流固耦合数值模型,分析了地震振荡流场、地震流联合流场及地震波联合流场中的群桩效应。童磊等 建立了刚构桥施
6、工过程的 有限元模型,分析高墩大跨刚构桥在输入强震记录下的地震时程反应情况。现有的研究成果未能综合考虑活动断层及地震动强度等因素对桥梁大直径深长桩基础动力响应产生的影响,本文通过 有限元软件建立海文大桥桩基土断层相互作用的数值模型,选用非线性动力分析法研究在强震区跨活动断层环境下,桩基础的桩身加速度、桩顶水平及竖向位移、桩身弯矩及剪力的动力时程响应,以期为强震区跨断层桥梁深长桩基础设计提供可靠的技术依据。工程背景海文大桥项目的路线总长 ,其中跨海部分桥长为 ,桥梁桩基础位于地震荷载大、风浪频率高、发震活动断层、海相强腐蚀区的环境里,年超越概率 和的动峰值加速度分别为 和.,国内最大的抗震设防烈
7、度要求为.(度)。桥址附近有 条断层,其中大桥跨越三条断层(分别为:、),其中、为非活地震工程学报 年动断层,与 墩之间跨越活动断层。海文大桥 墩位于断层 的下盘,墩位于上盘,承台尺寸为(横桥向)(纵桥向)(厚),承台下接根群桩。活动断层为正断 层,宽度约 ,倾 向 南 西,倾 角 ,走 向 。和 墩桩基础距离断层大约,土层分布从上到下如图所示。图桩基础与断层相对位置(单位:)(:)数值模拟模型建立与参数选取土体具有典型的非线性本构关系,为了使分析结果合理准确,选择有限元软件中的非线性时程计算方法进行地震时程分析。承台与桩基础分析采用弹性模型,岩土体分析弹塑性模型,收敛准则采用摩尔库仑准则,收
8、敛条件采用“位移”及“内力”等非线性计算方式。模型建立承台尺寸为(长)(高)(宽),承台下接根桩间距、桩径 的群桩,、墩桩长都是,下盘桩端嵌入岩层的深度为,上盘为,模型的尺寸在方向为 ,方向,方向。土层分布从上到下依次是淤泥质黏土层(夹砂),上盘厚度为,下盘厚度为;砂砾层,厚度为;卵石土层,厚度为;桩端嵌入微风化花岗岩层,厚度为。断层破碎带及桩周土体的网格尺寸加密划分为,外侧土体网格尺寸渐变划分为 ,模型网格划分如图所示。图 和 墩模型 参数选取由海文大桥桥址区域地质勘察报告及相关规范得到数值分析模型中的材料取值,如表所列。表各材料参数表 材料弹性模量 泊松比黏聚力()内摩擦角()重度()淤泥
9、质黏土(夹砂)粉细砂(含泥)砂砾 卵石土 中风化花岗岩 微风化花岗岩 淤泥质黏土破碎带 砂砾破碎带 卵石土破碎带 中风化岩破碎带 微风化岩破碎带 钢筋混凝土 边界条件()振型分析采用弹性边界在地震时程分析过程中,首先要通过振型分析求得有限元分析体系中的特征值,再利用其求阻尼参数,有限元软件通常利用弹性边界条件分析特征周期,并用曲面弹簧来定义,可根据式第 卷 第期冯忠居,等:地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析()、()计算水平和竖向地基反力系数。竖直地基反力系数:()()水平地基反力系数:()()式中:,和分别是计算模型的竖直方向和水平方向面的截面积,为地基的弹性系数,一般取.。()时程分
10、析采用黏弹性人工边界由于波的反射效应,采用一般静力学的方法进行地震时程分析会有比较大的误差,有限元软件通过在土体外边界添加曲面阻尼弹簧来实现黏性边界条件,可分别根据式()、()计算波、波的阻尼比:.().()式中:为地基体积弹性系数,()();为剪切弹性系数,();为弹性系数;为泊松比;为截面积;为重度。计算方案地震波选取依照 海南省文昌市海文大桥项目工程场地地震安全性评价报告 给出的建议,选择 年超越概率为 的 地震波并利用 软件对其进行基线校正及滤波处理,并将其加速度峰值按比例缩放,最终得到如图的波形,选取.不同加速度峰值的地震动输入。图 地震波 工况设置将 地震波同时输入断层的上、下盘,
11、分析跨活动断层桥梁桩基础在不同强度地震动作用下的力学特性及动力响应。由于断层的存在,需要考虑地震动水平和竖向同时作用的影响,各向激励成分强度比例为(顺桥向)(横桥向)(竖向).,计算工况如表所列。文中关于桩身水平动力响应的分析都在方向平面内。表计算工况 桥基础编号地震波类型地震波强度加载方式备注、.、.、.、.、.、.、.、.、.水平向竖向跨活动断层不同强度地震动作用下桩基础力学特性桩身加速度时程响应在不同强度的地震动作用下,位于断层两侧的 和 桩基础桩顶和桩底处的加速度时程响应分别如图和图所示。可以看出:断层两侧桩基础在桩顶和桩底位置的加速度,都随着输入地震动加速度峰值的增大而增大。以 地震
12、动为例,桩底加速度峰值为,桩顶加速度峰值为。桩底加速度时程响应的振动幅度与输入地震动的振幅相似,而桩顶加速度响应值与输入值相比,振动幅度相对较大。这是因为当输入地震波的频率接近场地的自振频率时,桩土相互作用会增强场地土层对该地震波的放大作用,共振作用使 得桩 顶 对 地 震 波的敏感 程 度 和 响 应 程 度增大。以 地震动强度下 桩基础桩底和桩顶的加速度频域分析为例(图),输入地震波的傅里叶频谱主频成分在 范围内,桩底的主频成分在 范围内,桩顶的在 范围内,可知桩底加速度和输入加速度的频率相似,桩顶加速度的频率比桩底的小。桩底加速度时程响应在 时基本达到稳定,而桩顶在 时才基本稳定,表明大
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 震区 活动 断层 桥梁 桩基 动力 响应 分析 冯忠居
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。