地震作用软土震陷特性及变截面群桩动力响应

为研究不同类型地震波作用时软土场地条件下大直径变截面群桩基础的动力响应特性，依托翔安大桥实体工程，通过振动台试验，选取地震动强度均为0.15g的人工合成5010波、1004波，以及Kobe波和El-Centro波，研究了群桩基础桩周土层震陷量、桩身加速度、桩顶水平位移、桩身弯矩等动力响应特性. 结果表明：地震作用下，软土层发生震陷，震陷量为0.16~0.22 cm，其值与输入地震波的频谱特性有关；桩端加速度时程响应曲线较桩顶及变截面处更为“密集”；软土对加速度产生放大效果，输入地震波加速度峰值出现时刻均早于桩端、桩顶及变截面处；桩身加速度及桩顶水平位移分别在1004波和Kobe波作用下达到最大值；5010波和1004波作用下，桩顶产生永久侧向位移；Kobe波作用下，桩身弯矩峰值最大，且弯矩峰值出现时刻最晚. 因此，在进行群桩基础抗震设计时，针对不同桩基特性可选用不同类型地震波进行验算.     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

砂土中垫层隔震基础地震响应离心模型试验及数值分析

针对砂土地基中的一种新型基础型式——垫层隔震基础,开展地基-基础-结构动力相互作用的离心振动台试验和三维数值模拟。通过对比不同峰值和类型地震波作用下新型垫层隔震基础与传统群桩基础的动力响应,探讨垫层隔震基础的隔震机理,并结合参数分析垫层厚度等因素对垫层隔震基础地震响应的影响规律。结果表明,与群桩基础相比,垫层隔震基础的上部结构加速度降低,但其峰值及残余位移较大;桩顶约束减弱,筏板与垫层在强震下相对滑动,传递的惯性力降低,导致桩身最大弯矩减小且位置下移;桩身弯矩随垫层厚度的降低而显著增大。     

液化场地大直径变截面单桩动力响应研究

为研究不同地震动强度下液化场地大直径变截面单桩的动力响应规律,基于振动台试验,选取5010波,在地震动强度0.10g~0.45g作用下,研究液化场地砂土孔压比和大直径变截面单桩桩顶水平位移、桩身弯矩、桩身加速度时程响应及桩基损伤等变化规律.试验结果表明：饱和砂土孔压比随着地震动强度的增大上升明显,地震动强度≥0.30g时,饱和砂土孔压比稳定值在0.9附近,此时砂土完全液化;在0.45g地震动强度作用下,桩身加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩均达到最大;桩身不同位置处加速度峰值出现时刻均滞后于输入地震波加速度峰值出现时刻,且桩顶及变截面的加速度响应比桩端的响应更弱;不同地震动强度作用下,桩身弯矩最大值均出现在液化土层和非液化土层分界处,且变截面处弯矩小于土层分界面处;地震动强度达到0.30g时,大直径变截面单桩桩身发生损伤.因此,液化场地下大直径变截面桥梁单桩基础抗震设计时,应该重点考虑饱和砂土层分界处、变截面处的抗弯能力,以确保单桩桩身强度满足抗震要求.     

群桩基础后压浆地震动力响应研究

针对黄土与砂土在地震作用下发生液化、丧失承载力的问题,将后压浆用于土体抗液化,建立3×3群桩三维模型,研究群桩基础在不同峰值加速度El Centro地震波与上部均布荷载共同作用下的动力响应,并分析了后压浆对黄土与砂土抗震性能的影响。研究结果表明：在0.3g El Centro地震波作用下,黄土与砂土层大部分区域土体液化。黄土与砂土层经压浆加固后,群桩基础承载力提高4.87%;土体在地震波作用下以整体平动位移为主;土体加速度得到不同程度的降低;土体加固范围内的桩身动弯矩峰值较压浆前增大;桩身弯矩最值点上移;桩土应力分担比改变。     

基于单振动台的桥梁非一致激励试验

为研究桥梁在非一致激励作用下的动力响应,设计并制作了一座缩尺比例为1/20的连续梁桥,对其进行非一致激励输入的地震模拟振动台试验.通过对单个小振动台设置延伸台面、改变台面输入激励等方式进行振动台设备改进,选取了适宜Ⅱ类场地的El-Centro波、Taft波等地震波,分析了不同地震烈度下桥梁的宏观破坏形式和主要部位的位移时程曲线.试验结果表明:随着输入地震烈度的增大,桥梁的损伤也随之增大;改进后振动台原台面、延伸台面的地震激励输入差异较明显.由此可知,采用改进后的振动台设备可进行大跨度桥梁结构的非一致地震激励振动台试验,得到桥梁结构在地震作用下的动力响应.     

可液化场地变截面群桩基础动力响应研究

为研究可液化场地变截面群桩基础动力响应特征,依托翔安大桥,利用FLAC 3D数值模拟软件,建立变截面桩-土相互作用模型,研究了不同地震强度作用下,饱和砂土孔压比、变截面桩基桩身加速度、桩基位移、弯矩、剪力时程响应特征。结果表明：地震动峰值≥0.20 g时,不同埋深处的孔压比峰值基本达到0.90以上,此时砂土完全液化;桩身对地震动起放大作用,但随着地震强度增加,变截面桩的桩身加速度放大效应逐渐减小;地震波结束后桩基产生永久侧向位移;变截面桩身弯矩及剪力均呈双峰值变化形态,桩身弯矩最大值出现在液化土层与非液化土层分界处,桩身剪力最大值出现在液化土层中;在桥梁变截面桩基础抗震设计时,应重点研究液化土层与非液化土层分界处的桩基抗弯能力以及液化土层中桩基抗剪能力,以确保桩基的抗震性能。     

超长桩基础抗震性能有限元分析

为研究超长桩基础在地震作用下的工作性状,建立了四桩承台三维有限元计算模型.通过对超长桩基础在地震波作用下的动力分析,得出同一桩体上的不同测点的应变时程分析结果和应变、内力包络图,比较了不同地震烈度对同一超长桩基础的影响.主要结论如下:最大应变和最大弯矩均出现在距桩顶0.1L附近;桩底端的应变和弯矩最小,且地震越强弯矩越大.     

桥隧搭接结构围岩动土压力响应规律

采用振动台试验研究了桥隧搭接结构模型在不同加载方向的汶川波和不同加速度峰值的El-Centro波条件下,围岩动土压力的动力响应规律。结果表明:围岩动压力主要由水平向地震波产生;扩大段在低地震强度时拱腰处围岩动压力最大,在高地震强度时仰拱处围岩动压力最大;由于扩大段靠近隧道洞口的仰坡临空面,扩大段围岩的动压力峰值显著大于标准段。     

罕遇地震下薄壁带肋箱型钢桥墩抗震性能试验

为研究薄壁带肋箱型截面钢桥墩在罕遇地震作用下的非线性抗震性能,通过MTS伺服加载系统进行了3根试件的拟动力试验。试验采用了日本阪神地震中不同场地类型下的地震动时程(JMA波、JRT波、PKB波),得到了不同工况下试件的位移时程曲线、荷载—位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。试验结果表明:对于文中所采用的薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,罕遇地震作用下3个试件的塑性铰位置均出现在底部,且均未出现剪切破坏现象;3根试件所对应的地震波输入工况中,JMA波作用下试件的损伤程度和位移响应均为三者中最小,PKB波作用下试件的损伤程度和位移响应最大,JRT波作用下试件的累积滞回耗能最大;试件的最大位移响应与输入地震波的峰值加速度大小并非绝对相关,还与地震波的输入能量、反应谱的特征周期等其他特征有关。     

贵州地区水平受荷嵌岩群桩内力与变形特性分析

水平荷载作用下嵌岩群桩的受力主要受桩间距、嵌岩深度、桩径、土层厚度的影响,借助数值模拟来探究这些因素对基桩内力、变形的作用。基于ANSYS,介绍土岩本构模型及力学参数,对水平受荷群桩进行数值模拟,采用正交试验来研究各因素对基桩变位的影响。结果表明:存在临界桩间距,在该临界桩间距内峰值弯矩、桩底剪力与桩间距正相关;桩底弯矩、剪力随嵌岩深度增大而增大;基桩弯矩、剪力绝对值随桩径增大而增大;基桩弯矩峰值位置随土层厚度增大而下移;土层厚度是影响群桩变位的主要因素。     

结构半主动变阻尼器地震反应控制数值模拟

针对半主动变阻尼器地震作用下多层建筑结构基于支持向量机（SVM）的半主动控制算法,选用四条地震波即El-Centro波、Hachinohe波、Kobe波以及上海人工波,并将峰值地面加速度均调幅至0.1gal.结果表明：总体上基于SVM半主动变阻尼器能够提高对结构层间位移和速度的控制效果;特别,消除了受控结构局部加速度放大现象.     

基于时程分析法的大跨度海底隧道地震响应研究

以某海底隧道实际工程为背景，采用地下结构地震时程分析方法，基于有限元软件建立了海水-土体-隧道结构相互作用的数值计算模型，开展了复杂地质条件下大跨度海底隧道地震动力响应研究，重点分析了不同加速度峰值地震波作用下海底隧道的位移、变形、加速度和结构内力等响应参数的变化规律。分析结果表明：地震作用下该海底隧道主要发生整体位移，结构变形较小；地震作用对隧道结构侧墙和中隔墙处的弯矩和剪力有明显增大作用，所以在前期设计中时应适当考虑地震动力作用，局部增设抗震措施；随着地震波峰值加速度的增大，海底隧道结构的位移、变形、加速度、内力等动力响应也越大。研究成果可以为大跨度海底隧道工程抗震安全性研究提供参考。     

地铁车站长距离密贴下穿既有隧道结构的地震响应

为研究长距离密贴下穿地下空间结构的地震响应特征,以某新建地铁车站结构长距离密贴下穿既有隧道结构为对象,基于FLAC3D有限差分软件,建立三维数值计算模型。在输入日本阪神(Kobe)地震波的条件下,分析上部既有隧道结构在有无下穿地铁车站结构时的地震响应。计算结果表明:输入水平方向的地震波,有无地铁车站结构的隧道结构的位移-时程与加速度-时程曲线规律大致相同,均随深度的增加而减小,且变化趋势相似于施加的地震波。隧道顶板与底板的加速度反应时程曲线与基岩输入地震波的形态基本相近,隧道结构顶板的水平加速度峰值大于底板的水平加速度峰值。与单一隧道结构的位移-时程和加速度-时程曲线相比,密贴地铁车站结构对隧道结构的动力响应有减弱效果。下穿地铁车站对上部隧道结构的动力加速度响应有不同程度的减弱效应,且越靠近车站结构减弱幅度越大,下部车站结构的减震耗能现象存在于某一局部范围内。     

土体震致剪切变形条件下斜坡桩的受力特性

为了研究斜坡土体震致剪切变形条件下桩基的受力特性,结合土体多屈服面模型和桩土动力弹簧模型,建立了斜坡—桩基体系整体数值模型。通过输入幅值为0.480 9 g的EI-centro地震波,考虑不同的坡角和桩径条件,进行了非线性动力时程计算。结果表明:在地震荷载作用下,不同深度处斜坡土体剪切变形存在差异,斜坡群桩基础受力不均衡。斜坡坡角对斜坡土体剪切变形发展和桩身残余弯矩起控制作用,而桩径对其的影响相对较小。本研究工作对斜坡桩基抗震设计具有一定的参考意义。     

近断层地震作用下大跨度拱桥响应研究

目的对比研究近场地震作用下大跨度拱桥采用7组时程波的计算结果平均值与采用3组时程波的计算结果最大值的差异,为近断层地区大跨度拱桥的抗震设计提供参考.方法针对某大跨度拱桥建立有限元分析模型,在PEER数据库选取近场地震作用并施加于拱桥,得到时程响应的峰值.针对现行规范7组波作用时响应峰值的平均值与采用3组波组合时计算结果的最大值以及7组近场和远场地震作用的响应峰值的平均值进行对比研究.结果采用3组近场地震波组合计算所得的拱顶竖向位移、拱顶轴力、拱脚弯矩和跨中吊杆内力响应最小值分别是7组近场地震波计算结果平均值的0.42倍、0.48倍、0.79倍、0.75倍;采用3组近场地震波组合计算所得的四项响应最大值分别是7组近场地震波计算结果平均值的2.7倍、2.8倍、1.9倍、1.5倍.7组近场地震波作用所得的四项响应峰值的平均值分别是远场地震作用相应值的0.82倍、0.85倍、0.61倍和0.61倍.结论对于Ⅲ类场地的大跨度拱桥,按照规范规定采用3组近场地震波进行响应计算时,3组地震响应结果的最大值与按7组地震波计算结果的平均值之间存在很大差异、离散性很大;采用7组地震波进行时程响应计算时,近场地震响应峰值的平均值小于远场的平均值.     

双连拱地铁隧道衬砌结构地震动力响应特征

以西安地铁五号线某区段双连拱隧道工程为背景,建立有限元动力分析模型,选取El-Centro波、西安人工波、Taft波三种代表性波源,分析了SV波作用下地铁双连拱隧道衬砌结构的加速度、动应力、结构变形等动力响应特征,研究结果表明：中隔墙顶部及底部等存在明显拐角的位置应力变化明显高于其他部位,是双连拱隧道的高风险点,隧道抗震设计中应重点关注;地震结束后隧道结构即使未发生破坏,由于所处应力状态的改变,其安全性可能已经降低;隧道变形整体表现为上部结构相对于隧道底板随地震作用产生水平偏移运动,而其幅值受到地震波的峰值加速度、时程曲线分布形式等方面因素影响。     

单层球面网壳的粘弹性阻尼器减震控制参数分析

通过数值计算方法,分析了粘弹性阻尼器的特征参数对减震效果的影响规律. 考虑阻尼器的等效刚度系数不变而等效阻尼系数改变和等效阻尼系数不变而等效刚度系数改变两种情形,并分别选取加速度峰值为70 gal和400 gal的El-Centro波、Taft波和天津波作用于无控和受控单层球壳, 利用ANSYS进行非线性动力时程分析,得到球壳受控前后的最大节点位移、杆件的最大轴力、最大支座反力以及不同阻尼器参数情形下的减震系数. 结果表明:阻尼器参数决定减震效果的好坏;不同地震波作用下的减震规律有所不同;罕遇地震作用下减震效果更明显.     

单锚点与多锚点抗滑桩的动力响应对比试验研究

由于预应力锚索抗滑桩在地震中有很好的抗震表现,预应力锚索抗滑桩成为了治理地震频发区滑坡的一种常用支挡结构。但目前对于单锚点锚索抗滑桩与多锚点锚索抗滑桩的选用及其动力响应的对比研究,还比较缺乏。为了研究在不同峰值的EL地震波作用下,单锚点与多锚点抗滑桩的动力响应及其抗震性能,通过大型振动台试验对其抗震性能进行了对比研究分析。振动台试验主要得出了以下结论:1在双向地震波作用下,锚索抗滑桩桩身各点的放大系数比单向地震波要大,加速度放大效应明显。2随着EL波加速度峰值的不断增大,锚索固定端应力逐渐松弛,应力存在不同程度损失。3在不同峰值加速度的EL地震波作用下,多锚点锚索抗滑桩桩身动土压力分布近似于指数函数,单锚点锚索抗滑桩则近似于S型曲线;且多锚点锚索抗滑桩动土压力最大值位于桩头位置,单锚点锚索抗滑桩则位于潜在滑面处。4从抗震设计方面来讲,多锚点锚索抗滑桩抗震性能比单锚点锚索抗滑桩要好。     

活动支座摩擦力对连续梁桥抗震性能的影响

为揭示连续桥梁支座摩擦作用在地震波作用下的响应规律,采用动态时程分析法,以预应力混凝土现浇连续箱梁桥为背景,建立三种工况的有限元模型,借助ANSYS有限元软件分析了El-Centro波、天津波对支座、桩径、初始刚度等多种工况下的减震率影响的变化规律,得出了对于连续桥梁设置活动支座有利于桥梁抗震,认为在桥梁抗震中由固定墩单独抗震设计是偏于安全的.研究表明,对于连续桥梁在进行抗震设计时应考虑活动支座的摩擦作用,最佳摩擦系数的确定应考虑到桥梁结构刚度、模型简化体系的影响.