【摘 要】
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1964年日本新潟地震和1964年美国阿拉斯加地震后,液化场地桥梁桩基地震失效问题引起人们的关注。现场震害事例表明,液化场地桥梁桩基在地震过程中会发生弯曲、屈曲和剪切破坏等。国内外液化场地桥梁桩基抗震规范主要针对弯曲失效进行抗震设计,研究可液化场地桥梁桩基屈曲和弯曲-屈曲耦合失效模式至关重要。基于此,本文以液化场地桥梁桩基为研究对象,通过整理和分析现场震害调查资料,发现昭和大桥桩基破坏特征,建立并
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1964年日本新潟地震和1964年美国阿拉斯加地震后,液化场地桥梁桩基地震失效问题引起人们的关注。现场震害事例表明,液化场地桥梁桩基在地震过程中会发生弯曲、屈曲和剪切破坏等。国内外液化场地桥梁桩基抗震规范主要针对弯曲失效进行抗震设计,研究可液化场地桥梁桩基屈曲和弯曲-屈曲耦合失效模式至关重要。基于此,本文以液化场地桥梁桩基为研究对象,通过整理和分析现场震害调查资料,发现昭和大桥桩基破坏特征,建立并验证了液化场地桥梁桩基地震反应与失效分析数值模型,揭示了昭和大桥桩基失效机理,发现了不同影响参数下钢管桩和混凝土桩的失效模式。主要的研究内容、研究方法和研究成果如下所述:针对1964年新潟地震中倒塌的昭和大桥桩基,基于Open Sees数值计算平台,输入昭和大桥附近Kawagishi-Cho公寓记录的N-S方向地震动,建立了液化场地三维桩-土相互作用数值模型。开展了可液化场地桥梁桩基地震反应与失效模式研究。采用Brick UP单元模拟砂土;弹性梁柱单元模拟桩和桥墩;通过零长度单元和刚性连接模拟桩-土相互作用;将自由水体模拟为土体表面的孔压和静荷载;采用剪切梁模拟边界条件;基底地震动输入采用一致激励。通过对比昭和大桥桩身局部屈曲出现的位置和桥墩顶部落梁现象与数值模型中桩顶峰值位移和桩身峰值弯矩,验证了数值模型的正确性。基于已经验证的三维桩-土相互作用数值模型,开展了昭和大桥的桩基地震反应分析,发现桥墩在与土体交界面处的截面加速度反应变化较大。基于最大弯矩失效理论和考虑轴向荷载的弯曲失效理论,开展了昭和大桥桩基的弯曲失效研究。考虑了欧拉屈曲失效、Heelis屈曲失效分析方法和美国钢结构学会屈曲计算方法等失效判别准则,开展了昭和大桥桩基屈曲失效研究,得出:采用单独的弯曲或者屈曲失效理论,昭和大桥桩基不容易发生失效,通过0.33倍欧拉弯曲-屈曲失效判别准则,发现昭和大桥桩基更有可能发生弯曲-屈曲耦合失效。基于峰值弯矩和欧拉屈曲失效理论,分析了地震动、桩径、桩材料和土体相对密实度对桩的弯曲和屈曲失效模式的影响,基于考虑轴向荷载的弯曲失效理论和0.33倍欧拉弯曲-屈曲耦合失效理论,研究了钢管桩和混凝土桩的弯曲-屈曲耦合失效,给出了不同相对密实度土体中钢管桩和混凝土桩的失效模式。本文建立的液化场地桩-土相互作用三维数值模型对于研究桥梁桩基地震反应具有借鉴意义;分析的昭和大桥桩基失效模式为研究昭和大桥桩基的失效提供新的研究思路;研究的钢管桩与混凝土桩的失效模式可以更好的为液化场地桥梁设计规范提供重要参考。
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