地震作用下整体式桥台的动力响应数值模拟与试验研究

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地震灾害作为最严重的自然灾害之一,对人类的生命和财产安全造成了极大的威胁。交通运输的顺畅是保证灾后救援工作能够顺利进行的重要前提,作为一种新型桥台形式,整体式桥台桥梁具有良好的抗震性能。但目前国内对整体式桥台桥梁的研究还较少,还处于研究尝试阶段,因此对整体式桥台桥梁的抗震性能的研究很有必要。本文研发了一个可以考虑土体压硬性、非线性和滞回性的动力本构模型,并在FLAC二次开发实现。用FLAC模拟分析两种不同形式桥台在地震作用下的动力响应规律,对整体式桥台的动力响应进行了参数敏感性分析。最后对整体式桥台的动力响应进行了离心机振动台试验初步研究。具体内容如下:(1)用二维有限差分程序FLAC计算一维线弹性土柱在动力荷载下的响应,并和有限元程序Marc和解析解进行了对比,验证了FLAC计算动力问题的有效性。(2)研发一个可以考虑土体压硬性、非线性和滞回性的动力本构模型并二次开发应用到FLAC中,对三种形式的加载进行了三轴数值试验验证。分别使用该动力非线性本构模型和摩尔-库伦模型对整体式桥台在地震作用下的动力响应进行了模拟计算,结果表明,两种模型计算结果相差不大,考虑用计算效率更高的摩尔-库伦模型研究整体式桥台的动力响应规律。(3)分别对悬臂式桥台和整体式桥台在地震作用下的动力响应进行数值模拟计算,结果表明,现有规范所采用的计算桥台地震土压力的M-O方法不能真实描述桥台后土压力的分布和作用位置的规律。(4)对整体式桥台的动力响应进行参数敏感性分析,结果表明:地震加速度峰值的增加会使得桥台弯矩、剪力和土压力的动力响应增大;地震波形对整体式桥台的动力响应影响较小;当增加桥梁跨度时,桥台上部的土压力、弯矩、剪力增加较大;桥台高度的增大,容易造成桥台底部基础的滑移,使得桥台中部附近的最大弯矩变得较大;当桥台刚度增加时,桥台弯矩和剪力的动力响应会增大;泡沫材料隔离层的增加会减弱桥台后土体对桥台侧向变形的约束作用,导致桥台弯矩响应较没有隔离层时的弯矩响应更大;桥台后土体加筋后可以在一定程度上减小桥台土压力、弯矩和剪力的动力响应。(5)离心机振动台试验结果表明:模型加速度波向上传播时存在放大效应,相同高度处桥台的加速度放大效应比土体更明显;动力响应最大时刻,桥台上部土压力分布较M-O方法更大,下部土压力分布和M-O方法相差不大。
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