考虑桩土动力相互作用的桥梁结构简化计算方法研究

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地震作用下桥梁桩-土动力相互作用问题十分重要。目前研究桩-土动力相互作用的方法主要有理论分析方法和试验研究方法。动力p-y曲线简化计算方法由于物理概念清晰,计算简便而被广泛应用于工程实践和研究中,目前常用的试验方法推导动力p-y曲线受限于资源需求大,试验周期长,参数分析不便等局限性。随着动力计算方法和计算机水平的不断提高,提出基于数值方法建立考虑桩-土动力相互作用简化模型的方法,采用ABAQUS有限元软件建立考虑桩-土动力相互作用的数值整体模型,根据整体模型分析和推导了动力p-y曲线,提出建立桩-土动力简化模型的步骤和方法,并与小直径桩-土振动台试验结果进行了对比。通过建立桥梁大直径桩的简化模型,比较了单桩和群桩不同情况下地震动结果响应,分析动力p-y曲线相关参数的影响及群桩相关参数影响下模型的地震结果和差异。本文工作内容如下:(1)采用ABAQUS有限元软件,基于等效一致粘弹性人工边界建立了考虑单桩-土动力相互作用的数值整体模型,土体采用摩尔库伦材料本构并设定了桩-土接触,提出了基于数值整体模型获得动力p-y骨架曲线的相关方法,通过双曲线函数形式建立动力p-y骨架曲线,并将获得的动力p-y骨架曲线与单桩振动台试验和API规范的动力p-y骨架曲线进行对比,验证了数值方法获得动力p-y曲线的可行性。(2)以数值方法推导的动力p-y骨架曲线为基础,引入弹簧阻尼系统模拟土体非线性抗力和阻尼耗能作用,采用ABAQUS有限元软件建立了考虑桩-土动力相互作用的单桩简化模型,并采用简化模型进行分析,通过和考虑桩-土作用的单桩振动台模型与整体模型的地震响应结果进行对比,验证了简化模型的适用性。(3)基于某连续梁桥为工程背景,建立大直径单桩-土-桥梁数值整体模型和简化模型,比较了单层土和多层土情况下整体模型和简化模型的地震响应结果,验证了大直径桩-土简化模型的适用性。对影响砂土动力p-y曲线的相关参数进行参数分析,包括桩-土初始刚度比,上部结构配重,砂土有效容重和桩径,了解了相关参数对砂土动力p-y曲线的影响,为后续研究者对动力p-y曲线的研究提供一定的建议。(4)基于某连续梁桥为工程背景,建立考虑群桩桩-土-桥梁动力相互作用的数值整体模型和简化模型,对比了单层砂土情况下桥梁群桩整体模型和简化模型的地震响应结果和差异。进行了包括上部结构配重,桩距和桩径的群桩动力相互作用参数分析,总结了地震作用下群桩基础的响应规律。
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