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考虑桩土相互作用高桥墩群桩基础动力特性研究

作　者: 杨晶
导　师: 赵明华；杨明辉
学　校: 湖南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 非规则高墩土-结构相互作用自振频率地震反应分析有限元法
分类号: U443.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,随着西部大开发战略的实施,西部边远山区的公路铁路建设步伐越来越快,而跨越深谷、沟壑、江河的高墩桥梁通常成为这些线路建设中的控制性工程。西部山区高墩结构通常属于典型的非规则高墩,超出了现有国内外抗震设计规范的应用范围,尚无规范可循。此外,大量的理论分析和研究表明,考虑地基-基础-高墩结构动力相互作用对高墩的动力特性具有重要的影响,使其地震响应发生显著变化。基于此背景,本文结合我国西部山区高墩的结构特点,对非规则高墩抗震设计理论及设计方法进行了系统的研究,了解非规则高墩在地震作用下的动力响应特性。本文首先在总结国内外已有相关研究文献的基础上,在查阅大量国内外文献的基础上,对高墩抗震设计理论、高墩抗震分析方法,土-结构动力相互作用研究的现状和发展水平,对桩-土-上部结构动力相互作用的方法等方面的发展研究现状进行了系统的回顾与总结。针对变截面群桩基础高墩的几何特性与受力特点,将桥墩与群桩基础简化为空间整体,在考虑桥墩变截面特性及桩土相互作用的基础上,提出群桩基础变截面桥墩分析模型。通过引入Southwell频率合成法,将分析模型分解成群桩基础的刚体变形与桥墩的弹性变形两个部分,分别基于能量法与有限单元法求解相应的自振频率,从而导出变截面桥墩的自振频率,并结合算例证明该方法的实用性,分析了桥墩参数对自振频率的影响。其次,为了进一步探讨山区高墩-桩基结构体系的动力响应特性,在分析桩-土-高墩结构相互作用理论及土体动力非线性响应特性的基础上,确定了适合于桩-土-高墩体系的弹塑性本构关系,并结合工程实际,借助非线性有限元分析软件,深入研究桩-土接触,土体边界的模拟,网格大小的划分,阻尼等因素。在充分考虑了土体材料的非线性和桩土接触的基础上,建立了一种桩-土-高墩相互作用三维非线性有限元分析模型。此外,利用APDL语言实现了粘弹性边界在ANSYS中的二次开发,分析了桩-土-高墩体系在不同地震响应下的动力特性变化规律,并探讨桩-土-高墩的相互作用在地震作用下对其墩身内力和变形的影响,深化了对山区桩-土-高墩结构体系动力特性的认识。最后,通过改变体系相关参数,结合计算比较分析,探讨上部结构刚度、土体参数、不同土层组合下以及夹层等参数对结构整体动力特性的影响,为工程抗震设计施工提供参考。

考虑桩土相互作用高桥墩群桩基础动力特性研究

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