强震区近断层桥梁桩基础时程响应振动台试验

为进一步探明强震区近断层桥梁桩基动力时程响应规律,采用1g振动台模型试验,开展相同强度不同类型地震波作用下,近断层桥梁桩基加速度动力时程响应、桩顶相对位移动力时程响应、桩身弯矩动力时程响应及桩基损伤分析。结果表明：近断层桥梁桩基础的动力响应特征比无断层桩基更为明显,相比于非断层场地桥梁桩基础,近断层桥梁桩基加速度峰值、桩顶相对位移及桩身弯矩均较大。受发震断层及断层破碎带散体材料特性等因素的影响,改变了桩周土体半无限体性质,近断层桩基础桩顶加速度峰值出现时刻较为滞后,桩底加速度时程响应曲线规律与输入地震动更为接近,而桩顶加速度时程曲线振幅远大于桩底,且峰值出现时刻明显滞后于桩底和输入地震波;近断层桩基础桩顶加速度及相对位移时程响应在10s左右振幅较大,位移响应在30s作用开始衰减,此时段内桩基础动力响应特征最为明显;近断层桩基础桩身弯矩最大值均未超过其抗弯极限承载能力,且有20.36%~28.41%的抗弯承载能力富余;近断层桩基础基频没有发生变化,表明满足抗震设防烈度Ⅷ度的要求。综上所述,近断层桥梁桩基础抗震设计时,应考虑地震波频谱特性的差异对结构产生的影响,重点关注动力时程响应变化规律,根据多种类型地震波对近断层桥梁桩基础进行抗震分析与验算。     

基于FLAC3D的桩板结构在堆积体边坡中的地震响应评价

针对桩板结构的稳定性问题,采用FLAC^3D仿真计算软件,研究不同参数下桩板墙在堆积体边坡中的地震响应,并对桩板结构的抗震效果进行评价。研究结果表明:结构动力特性对抗震效果影响显著,在坡体自振频率附近地震波对坡体会产生更大伤害;在地震基本烈度VII、VIII度区,桩板墙可有效起到抗震作用,但在地震基本烈度IX度区,桩身位移超过桩身10%,不能满足抗滑需要;桩间距的不同,直接影响桩身土压力的分布,在一定范围内,桩背土压力会随着桩间距的减小而减小;滑体的参数(c、φ)对抗滑桩桩背土压力影响小于桩身位移;工程中,应综合考虑多种因素对桩板结构进行设计,避免造成资源浪费。     

钢筋混凝土掉层框架结构多点输入地震响应特征分析

山地建筑不同标高基础的地震动存在差异,其对山地建筑地震响应的影响程度有待研究。以自贡地形台阵为背景,以该台阵采集的汶川地震记录为输入,设计4组空间钢筋混凝土（RC）掉层框架结构。分别按上接地地震动的一致输入、下接地地震动的一致输入、上接地与下接地不同地震动的多点输入开展了算例结构的弹性和弹塑性时程分析。将一致输入结构响应与多点输入结构响应之比定义为结构地震响应差异系数,从结构地震响应差异系数、破坏特征等方面分析了多点输入对岩石地基基础上的空间RC掉层框架结构地震响应的影响。结果表明：弹性分析时,基本周期较长的RC掉层框架结构侧向变形和层剪力的地震响应差异系数在0.85~1.12之间,基本周期较短结构的侧向变形和层剪力的地震响应差异系数在0.38~1.22之间,按一致输入地震动设计的RC掉层框架结构可能偏不安全;弹塑性分析时,多点输入下RC掉层框架结构的地震响应与一致输入下的有明显差异,最小差异系数可到0.27;在极罕遇地震作用时,多点输入下RC掉层框架结构底部的破坏状态比一致输入下严重,宜对其掉层部分和坎上1层进行适当的抗震加强。     

地震作用下土钉支护边坡动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了双向地震激励下土钉支护边坡动力响应。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。给出了地震波和阻尼的选取方法。应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,土钉的地震响应,土压力地震响应。结果表明土钉支护边坡延性大,有很好的抗震性能;地震作用后各层土钉轴力都增大;边坡在地震作用下产生永久位移;地震作用下土压力峰值形状与地震作用前的土压力形状相似。这些结论对土钉支护边坡的抗震设计与动力分析有较高的参考价值。     

钢筋混凝土框架结构在近断层脉冲型地震动作用下的动力响应

基于现行的抗震设计规范设计了三层、六层和九层的钢筋混凝土平面框架结构.并对这些钢筋混凝土框架结构在近场脉冲型地震动和一般地震动作用下的动力响应进行了研究,研究发现:对于近断层地震的脉冲效应现行的抗震设计规范考虑不充分,结构的层间位移角并不能满足1/50的限制条件.因此建议不考虑地震调整系数,以此来保证结构在近断层地震作用下的安全.     

地下室对邻近地表和地下结构地震响应的影响

为确定土结构相互作用影响程度以及地下室对地表结构、 地下结构和场地土响应的影响, 构建了自由场、 地下结构-土-不带地下室地表结构以及地下结构-土-带地下室地表结构3 个模型, 计算其在不同地震动作用下的地震响应规律。 对比分析表明: 1)地表结构的存在导致周围土表响应增大, 影响范围超过7倍的结构基础宽度, 且相比于无地下室的情况, 有地下室存在时增大程度更为明显; 2)输入地震动较小时,无地下室地表结构的加速度和层间相对位移响应分别比有地下室地表结构大8%和20%, 而输入地震动较大时, 地下室的影响规律并不明显; 3)输入地震动较小时, 地下室的存在对邻近地下结构变形的影响较小,而输入地震动较大时, 地下室的存在导致临近地下结构层间位移角增大。 因此, 在实际工程中应考虑地下室对地表结构与地下结构地震响应的影响。     

动力作用下锚杆格构支护土质边坡动态响应分析

地震边坡稳定性是岩土工程和地震工程中研究的重点问题之一。针对锚杆格构支护的均质土坡在地震荷载作用下的动力响应,通过振动台模型试验,分析了不同坡高地震加速度和速度响应规律、边坡位移特征及支护结构破坏特征,揭示了均质土坡及其支护结构在地震作用下的变形破坏机理。结果表明:随着振动次数的增加,边坡模型自振频率逐渐降低;低频动荷载作用下坡体上部加速度响应最大,但随着振动频率的增加,放大作用降低,即边坡对低频振动波有放大作用,而对高频振动波却有滤波作用;振动频率较小时,坡体整体速度较大,但不同高度差异较小,破坏并不明显;振动频率接近模型边坡自振频率时,坡体上部速度最大,下部速度最小,且变化明显,破坏性最大;动荷载作用过程中,滑坡体的变形模式表现为旋转位移和水平位移,滑体和基体间相对位移上部较大;支护结构破坏时,上层锚杆和中层锚杆被拔出,上部格构发生严重隆起;虽然边坡做往复运动,但最终仍有一定相对位移;在设计支护结构时,要适当加长上部锚杆的长度,并且对中、上部格构进行补强。     

近断层脉冲型地震动作用下高墩连续刚构桥振动台试验研究

为了研究近断层脉冲型地震动对高墩连续刚构桥抗震性能的影响,以某典型高墩连续刚构桥为原型,设计制作了该桥的1/15缩尺试验模型,利用多子台模拟地震动振动台台阵系统,完成了远场地震动和近断层地震动输入下的对比试验,重点探讨了近断层地震动速度脉冲效应及脉冲个数的影响.研究结果表明:高墩连续刚构桥纵向和横向一阶频率均较小,结构地震响应主要以低频成分为主;近断层脉冲型地震动作用下模型桥的地震响应均大于远场地震动作用下模型桥地震响应的2倍,而近断层无脉冲地震动下模型桥的动力响应略小于远场地震动输入时模型桥的动力响应,为其0.76～0.95;速度脉冲效应使高柔的高墩连续刚构桥主梁瞬时产生较大位移响应(最大值为54.8 mm),极易引起主梁端部碰撞和支座破坏,在抗震设计上应引起重视;速度脉冲个数对高墩连续刚构桥地震响应的影响显著,墩顶位移响应脉冲个数影响系数AF_w为1.46～5.54,其中,多脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应最大,单脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应次之,而双脉冲型地震动引起的结构响应相对较小.因此,对靠近断层区域的此类桥梁,应考虑近断层地震动速度脉冲效应及其参数变化的影响.     

空间弧形抗滑桩支护结构模型试验及参数分析

为充分利用边坡滑体周围的稳定土体，改善抗滑桩受力状态，本文通过室内模型试验，对空间弧形抗滑桩支护结构的受力状态、荷载传递规律和桩前土压力进行分析；并建立有限元模型，考虑冠梁刚度和桩位对抗滑桩受力状态和边坡整体稳定性的影响。结果表明：在整个支护结构中，冠梁可约束抗滑桩，改善抗滑桩受力状态，协调桩间位移，并将荷载向两侧桩体传递；通过增大冠梁刚度可进一步改善桩体受力状态，但无法进一步约束桩顶位移；边桩桩前土压力最大，其峰值是其他桩体土压力峰值的2倍以上，沿桩身高度不断增大，抗滑结构中的边桩位于坡脚时，可最大程度利用稳定土体的抗力，边坡整体稳定性最强。研究结果可为滑坡的治理方法以及抗滑桩支护结构的优化提供一种基本可行的新思路。     

某高速铁路明挖隧道黄土深基坑变形规律分析

依托实际工程，对某高速铁路明挖隧道黄土深基坑施工过程中钻孔灌注桩桩顶及桩身水平位移、钢筋混凝土内支撑轴力以及基坑周边山体边坡的沉降开展实时监测，研究基坑的变形规律，阐释发生机理。结果表明：钻孔灌注桩桩顶的水平位移随基坑开挖深度增加而增加；整个桩身的水平位移最终大致呈“倒S”形曲线变化，最大水平位移为8.87 mm;内支撑轴力随基坑的开挖逐渐增大而后趋于稳定；距离基坑越近，基坑周边山体边坡的沉降越大，最大沉降量为9.63 mm;利用“钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑”支护结构可有效的控制基坑变形，但安全储备较大，设计上存在可优化空间。     

玻璃纤维增强复合桩水平承载特性试验与数值模拟

玻璃纤维增强复合材料（GFRP）具有轻质、抗拉强度高、耐腐蚀性和抗疲劳等优点,广泛应用于土木工程领域。GFRP复合桩是一种通过在普通混凝土桩身外包GFRP纤维布以增强其抗弯性能的新型桩。通过开展室内模型试验,分别得到了水平荷载下RC桩和GFRP复合桩桩顶位移、桩身弯矩的试验结果,对比分析了两者的水平承载特性。利用有限元分析软件ABAQUS对水平荷载作用下的GFRP复合桩进行数值模拟,试验结果与数值模拟结果拟合较好。结果表明：GFRP复合桩与RC桩的桩身弯矩分布规律基本一致,最大弯矩在1/4~1/3桩长处,GFRP复合桩的水平承载特性优于RC桩;不改变桩身截面,仅在一层GFRP单向布的约束下,GFRP复合桩的弹性模量、极限水平承载力均有一定的提高。     

化学锚栓加固植筋混凝土构件抗震性能试验

为了研究化学锚栓能否用于地震地区和受拉区混凝土构件,对化学锚栓加固植筋混凝土构件的锚固性能进行了试验。通过拟静力试验,研究了锚固构件的破坏形态、锚栓在反复荷载作用下的锚固效果和抗震性能。试验结果表明：化学锚栓的动载锚固效果良好,可以用于地震地区和受拉区混凝土构件的锚固;化学锚栓提高了构件的承载力和延性,尤其在反复荷载试验后期,在限制构件承载力下降和位移增大方面起到了重要作用;锚栓施工技术是影响构件抗震性能的重要因素。     

预应力UHPC/RC阶梯桩-土相互作用的拟静力试验研究及数值分析

整体式无缝桥中的混凝土基桩侧向刚度过大,难以满足桥梁的纵向变形,提出一种UHPC/RC材料串联形成的阶梯桩来满足整体桥纵向变形需求。设计制作了2根UHPC/RC阶梯桩模型（无、有预应力）,并对其进行水平低周往复荷载试验,通过桩身破坏特点、滞回曲线、骨架曲线、等效黏滞阻尼比、刚度退化等研究其耗能能力及抗震性能。结果表明：无预应力阶梯桩的破坏位置在3倍桩径的埋深位置,桩身开裂时桩顶的位移荷载为8~10 mm;有预应力阶梯桩的破坏位置在6倍桩径的埋深位置,桩身开裂时桩顶的位移荷载为10~15 mm。说明预应力的施加能有效提高阶梯桩抗裂能力及抗震性能,并满足整体桥水平变形需求。采用OpenSees软件对阶梯桩支承的整体桥进行参数分析发现,预应力度、桩上下段长度比与刚度比增大均可提高阶梯桩的水平承载力与变形能力。     

Centrifuge modeling of dynamic behavior of pile-reinforced slopes during earthquakes

A series of centrifuge model tests of sandy slopes were conducted to study the dynamic behavior of pile-reinforced slopes subjected to various motions. Time histories of accelerations, bending moments and pile earth pressures were obtained during excitation of the adjusted El Centro earthquake and a cyclic motion. Under a realistic earthquake, the overall response of the pile-reinforced slope is lower than that of the non-reinforced slope. The histories of bending moments and dynamic earth pressures reach their maximums soon after shaking started and then remain roughly stable until the end of shaking. Maximum moments occur at the height of 3.5 m, which is the deeper section of the pile, indicating the interface between the active loading and passive resistance regions. The dynamic earth pressures above the slope base steadily increase with the increase of height of pile. For the model under cyclic input motion, response amplitudes at different locations in the slope are almost the same, indicating no significant response amplification. Both the bending moment and earth pressure increase gradually over a long period.     

钢筋混凝土柱在等幅对称位移循环加载下的低周疲劳性能

在地震作用下，延性钢筋混凝土结构控制部位的破坏可以看作是屈服后大小不等的正反向位移幅值所引起的累积损伤的综合后果。     

基于IDA的铅黏弹性阻尼减震结构地震易损性研究

为系统评估铅黏弹性阻尼器（Lead Viscoelastic Damper,LVD）减震设计钢筋混凝土框架结构的抗震性能,设计了8度（0.2g）地区的一栋6层钢筋混凝土抗震框架结构（Reinforced Concrete Frame,RCF）和铅黏弹性阻尼减震框架结构（LVD-damped Frame,LVDF）。使用OpenSees软件建立了RCF结构和LVDF结构的弹塑性分析模型,采用ATC-63推荐的22条远场地震动对RCF和LVDF进行增量动力分析,基于增量动力分析结果对其进行概率地震需求分析和地震易损性分析,定量评估了RCF结构和LVDF结构超越各损伤状态的概率。研究表明：铅黏弹性阻尼器可以有效控制结构地震动响应,使同一地震作用下LVDF结构的地震动响应小于RCF结构;由概率地震需求分析结果可知,铅黏弹性阻尼器可以降低因地震动特性差异导致的结构动力分析结果的离散性;由地震易损性分析结果可知,LVDF结构在不同损伤状态下的超越概率均低于RCF结构,表明铅黏弹性阻尼器可以显著降低结构的损伤,提高结构的抗震性能。     

跨地裂缝带云轨桥梁结构变形与力学特征

地裂缝作为西安市典型城市地质灾害,给城市交通建设带来了巨大潜在危害,引起工程界的高度关注。以西安市高新区云轨示范线工程跨地裂缝带为研究背景,基于有限元数值模拟,分析了云轨简支梁桥正交跨越地裂缝带轨道梁、桥墩及桩基础等结构的变形与受力特征。结果表明:地裂缝错动作用导致云轨轨道梁产生竖向沉降差异,跨地裂缝段竖向位移差异和水平位移最大,其水平位移最大约为地裂缝位错量的1/4; 桥墩出现竖向沉降,且向地裂缝带倾斜,其顶部水平位移上盘大于下盘,水平位移最大约为地裂缝位错量的1/3; 地裂缝两侧桥梁桩基础产生以水平位移为主的倾斜变形,土体对下盘桩产生正摩擦力,对上盘桩产生向下的负摩擦力,下盘桩受压,上盘桩受拉。上述研究结果可为桥梁跨地裂缝带工程设计与防灾减灾提供参考和指导。     

大理西站支护边坡振动台试验及数值模拟

以云南省大理西站支护边坡工程为依托,开展边坡振动台试验和数值分析,得到双排抗滑桩的弯矩、锚杆轴力、坡面加速度响应规律及边坡的最终破坏情况. 试验表明：坡面加速度响应规律与测点相对位置有关,测点相对位置越高,加速度响应越明显;坡体裂缝影响岩土体动力特性,在裂缝出现后坡体加速度响应规律会发生显著变化;在地震下抗滑桩弯矩分布接近抛物线形状,弯矩的最大值靠近岩土分界线的下方,抗滑桩弯矩随输入地震波幅值增大成非线性增长;锚杆在4 m/s²地震峰值时刻的动轴向力大于静轴向力的3倍,地震作用是锚杆受力大小的决定因素;由于锚杆的作用,边坡的最终破坏面位于边坡2#的深部,此破裂面位置由边坡2#的中上部土体的滑移破坏与下部土体的越顶破坏组成.