冻土-桩动力相互作用模型试验系统研制

桩基础是冻土区大型结构物的主要基础型式,但目前学者对冻土环境中桩基动力特性的研究甚少。在比较分析国内外在该领域研究现状的基础上,设计了一套冻土-桩动力相互作用模型试验系统,主要包括动力加载系统性能参数的确定与设计、模型试验箱的设计与制冷效果分析、加载工作架的设计及其与试验箱的拼接等。试验结果表明,所设计的试验系统能为试验提供所需的冻土环境,结构牢固,能较好地模拟分析冻土-桩动力性能,此外该试验系统还可应用于其他冻土问题的试验研究。

基于动力BNWF法的冻土-桩相互作用模型研究

基于水平循环荷载作用下不同负温冻土环境中单桩动力特性模型试验结果,在已有分析桩-土-结构相互作用的动力BNWF模型的基础上,提出改进的冻土-桩基动力相互作用非线性反应分析模型。在该模型中,利用改进的双向无拉力多段屈服弹簧考虑桩侧冻土的水平非线性力学特性,同时兼顾桩侧与冻土间的竖向非线性摩擦效应、桩尖土的挤压与分离作用以及远场土体阻尼对桩基动力特性的影响。其中桩侧水平多段屈服弹簧参数根据冻土非线性p-y关系获得,该关系曲线以三次函数曲线段及常值函数段共同模拟,并由室内冻土压缩试验结果确定。最后基于改进的动力BNWF模型,提取动位移荷载作用下该桩顶力-位移滞回曲线及桩身不同埋深处的弯矩动响应数值分析结果,并与相应的模型试验结果对比,二者具有较好的拟合度,表明本文所提出的改进模型在分析冻土-桩动力相互作用时有较好的适用性。

多年冻土区灌注桩桩–冻土相互作用有限元分析

基于ANSYS有限元软件平台,建立多年冻土区灌注桩桩–冻土相互作用有限元模型。通过面–面接触实现桩与冻土间黏结、滑移和开裂的状态模拟,给出接触参数的合理取值,并将其对P-S曲线的影响进行分析。结合工程实例,对多年冻土区灌注桩基础在垂直静载作用下的内力和沉降进行分析研究。研究结果表明:多年冻土区桩基的承载力主要由桩侧冻土层的黏聚力提供;三维高阶接触单元能较好地模拟桩与冻土系边界条件的非线性,真实地反映多年冻土区单桩的实际受力状态;有限元计算值与实测值吻合较好,从而证明模型建立的正确性。

多年冻土区桥梁抗震研究进展

本项研究从冻土场地效应、冻土对桥梁地震响应的影响、冻土与桥梁结构相互作用3个方面总结了冻土区桥梁抗震的多年研究现状,旨在推动多年冻土区桥梁抗震理论的发展.结果表明:冻土场地地震效应显著,目前多年冻土区桥梁抗震设计中未充分考虑冻土场地效应的影响,且缺乏相应的抗震规范依据.大量数值分析结果显示,季节与多年冻土层均对桥梁地震响应产生显著影响,而目前多年冻土区桥梁结构-冻土体系的耗能机制及破坏特征的研究不充分,仍需大量震害调查和试验研究.对于多年冻土区桥梁工程广泛采用的桩基础形式,冻土层的存在使得地震作用下桩-冻土相互作用机理复杂化,桩-冻土相互作用理论计算模型有待完善.桥梁抗震分析中未充分考虑冻土水热效应的影响(冻土随温度和含水量等水热特性变化引起的力学性能的改变).上述问题都是今后多年冻土区桥梁抗震研究需重点关注的方向.