西北季节性冻土场地地震反应特性研究

我国西北地区被季节冻土全覆盖,且近年来该区域地震频发。为研究我国西北地区季节性冻土场地的地震反应特性,开展了季节性冻土场地振动台试验,并建立了不同冻结深度的三维实体有限差分模型,对比分析了不同地震激励作用下的季节性冻土场地的地震反应特征和土体的动剪应力—动剪应变规律。结果表明:在地震激励下,冻土层的存在虽然有效抑制了地震动能量,但冻结期场地的水平位移与非冻结期相比明显较大,且竖向位移呈显著的层状震陷特征;冻土场地的峰值放大系数呈先增大后减小然后再增大的规律,并且冻土层深度越大其峰值放大系数越小。此外,通过土体的动剪应力—动剪应变关系可以发现,冻土场地地震反应具有明显的非线性特征,且冻土层的存在对地震能量具有一定的削弱作用。

冻土层对桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响研究

为研究冻土影响下桩基础铁路重力式桥墩的地震破坏特征以及不同影响因素对季节性冻土区桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响,首先通过拟静力模型试验研究了冻土影响下桩基础铁路重力式桥墩的地震破坏特征;其次建立了考虑冻土效应的桩基础桥墩有限元分析模型,采用数值模拟方法探讨了季节性冻土层厚度、剪跨比、轴压比和承台埋入深度4个参数对冻土区桩基础铁路桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:在一定范围内季节性冻土层厚度的增加有利于提高桩基础铁路重力式桥墩的抗震性能,但当冻土层厚度超出这一范围再增加时,其对桩基础桥墩水平承载能力的影响会变弱,同时冻土层厚度的增加会加速桩-土-桥墩体系的破坏;剪跨比的增大和承台埋入深度的减少均会显著降低冻土影响下桩基础桥墩的抗震性能;轴压比的增大会提高桩基础桥墩的水平承载能力,但会加速桩基础桥墩峰值荷载的出现,同时也会加速桩-土-桥墩体系的破坏。

特殊复杂场地条件下桥梁结构地震易损性研究现状及发展趋势分析

考虑到桥梁地震易损性分析中场地条件影响的不确定性,本文主要针对流水冲刷环境、可液化场地、近断层场地、氯盐侵蚀环境和冻土场地等特殊复杂场地条件对桥梁结构地震易损性的影响特征和机理进行了总结归纳,并提出了尚待进一步研究的关键问题。结果表明:特殊场地地震响应的复杂性和桥梁结构的特殊性相叠加,给复杂场地条件下桥梁的抗震性能评估带来了极大的挑战。在对特殊场地条件下的桥梁结构进行易损性分析时,综合考虑多个地震动强度指标和损伤指标可以更好地表征地震动输入和结构的损伤状态。因此,如何科学地衡量各种不确定性因素的影响,继而提出合理的等效简化分析模型,并建立考虑场地效应的桥梁系统易损性曲线有待进一步研究。此外,考虑结构全寿命周期和气候变化背景,从概率角度评估特殊复杂场地条件下桥梁的抗震性能,对既有桥梁的改造和新桥的设计具有重要的指导意义。

多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素分析

为研究多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素,以中国多年冻土区广泛存在的高承台桩基础为研究对象,通过拟静力试验结合有限元方法探讨了多年冻土区桥梁桩基础地震破坏特征及冻土层物理力学特性变化对其抗震性能的影响规律。结果表明,随着土体温度的降低,桩–冻土体系的水平承载力、初始刚度均呈增大趋势,桩身位移在土体冻结前后变化显著。土体初始含水率的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的影响较小,但以土体最优含水率为界限,界限含水率两侧桩–冻土体系的刚度变化存在较大差异。土体压实度的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的改变影响较小,桩–冻土体系的初始刚度随着压实度的增大而增大。因此,在冻土区桩基础桥梁抗震设防中应当充分考虑桩周冻土物理力学特性变化对其抗震性能的影响。

考虑多因素耦合效应的冻结兰州黄土动力学参数研究

为了探究多因素耦合效应对冻结兰州黄土动力参数的影响,以分布在我国西部季节冻土区的兰州黄土为研究对象,通过动三轴试验研究了不同围压(0.1、0.2、0.3 MPa)、温度(−1、−3、−5℃)、含水率(14%、16%、18%)及加载频率(1、2、4 Hz)影响下冻结兰州黄土的动力参数变化特征。基于试验结果,分析了冻结兰州黄土最大动弹性模量、等效黏滞阻尼系数、参考应变幅值在温度、围压、含水率、加载频率等多因素耦合影响下的变化规律。结果表明,温度、含水率、加载频率和围压等耦合因素对冻结兰州黄土动弹性模量、参考应变幅值和等效黏滞阻尼系数的影响程度有差异。可以发现,冻结兰州黄土动弹性模量和参考应变幅值随温度变化的影响最显著,等效黏滞阻尼系数随加载频率变化表现最敏感。基于试验数据,对影响冻结兰州黄土的4种因素进行归一化和无量纲化处理,采用多元回归分析方法提出了冻结兰州黄土动力学参数的预测公式,有助于快速预测冻结兰州黄土在多因素耦合效应影响下的动力学参数变化特征。

新型基底摇摆隔震桥墩柱抗震性能试验与分析

基底隔震结构已成为当前国际上研究新型结构抗震性能和开发新型结构抗震体系的热点方向之一。该研究提出了一种通过增设加台和高阻尼橡胶垫块的新型基底摇摆隔震桥墩模型,介绍了该新型基底摇摆隔震桥墩的具体构造细节,阐述了该桥墩的减隔震原理和优点,并通过振动台试验得出了该新型桥墩能够显著降低墩顶水平加速度和墩底应力值,但同时会增大墩顶水平位移的结论;过大的墩顶水平位移会影响桥墩的正常使用极限状态,以墩顶水平位移为设计控制要点,考虑墩柱在实际摇摆提离过程中的加台受压区宽度和墩柱弯曲变形的影响,通过静力平衡条件建立墩顶水平地震力F与墩顶水平提离位移δ的力学关系式,并引入位移动力放大系数β考虑实际桥墩墩顶动力位移Δ,使得其墩顶水平位移Δ满足铁路桥梁规范墩顶允许位移5 L数值要求。通过对理论推导关系式进行验证,结果表明理论推导的力学关系式和数值模拟结果整体上符合较好,并分析了存在偏差的主要原因。

多年冻土退化对青藏铁路桥梁桩基础地震易损性的影响

在青藏高原多年冻土退化趋势明显及地震活动频发的背景下,为研究多年冻土退化对青藏铁路桥梁桩基础地震易损性的影响,建立了桥梁桩基础-冻土相互作用有限元计算模型,并通过拟静力模型试验验证了模型的合理性。考虑多年冻土退化效应的影响,以桩基础曲率延性比为损伤指标,以地面峰值加速度PGA为地震动强度参数,并选取了符合场地特征的80条地震波,对不同多年冻土活动层厚度和轴压比下的原型桥梁桩基础进行了非线性地震损伤分析。拟静力试验和数值模拟结果表明:地震作用下桥梁桩基础顶部破坏严重,是整个桥墩-桩-土体系的薄弱部位;随着多年冻土活动层厚度的增加(退化程度加剧),周围土体对桩基础的约束减弱,桩身的最大曲率呈减小趋势,从而降低了地震作用下桥梁桩基础的破坏概率,但墩顶位移却有所增大,导致地震过程中落梁风险增加;而随着桥墩轴压比的增大,桩身最大曲率明显增加,多年冻土区桥梁桩基础的地震易损性显著增加。考虑到桥梁桩基础破坏后修复难度较高,因此多年冻土退化背景下青藏铁路桥梁抗震性能评估还需考虑高桥墩轴压比变化对桩基础地震易损性产生的不利影响。