多年冻土区冻土上限下移对桥梁桩基中基桩受力的效果分析

在全球气候变暖大气升温,以及人为因素的影响下,多年冻土地区的工程基础受冻土上限的变化影响,其承载能力会发生一定程度的改变.结合青藏铁路桥梁桩基承载性能问题,进行其基桩的数值模拟分析.通过在冻土上限变化条件下基桩的内力和变位的对比,获得冻土上限变化对冻土中的基桩受力和变位影响的规律性.为多年冻土桥梁的桩基础设计与施工提供一定参考.

多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及易损性研究

多年冻土区铁路桥梁工程中广泛采用高承台桩基础形式,多年冻土层的存在会对铁路桥梁高承台桩基础抗震性能产生显著影响。为系统研究多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能,确保其合理的抗震设计,首先开展冻土-桩基础相互作用拟静力室内模型试验,并建立多年冻土区铁路桥梁桩基础有限元模型,分析多年冻土层对高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能的影响规律;其次在验证有限元建模方法正确性的基础上,对拟静力试验中的原型桥梁桩基础进行IDA时程分析,并对96条地震波作用下桩基础地震反应的平均值进行线性回归分析,进而得到不同条件下桥梁高承台桩基础在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线。结果表明,多年冻土层的存在能有效提高桩-土体系的水平承载力及变形能力,增强其整体刚度和耗能能力,同时也会改变桩基础的地震破坏模式,使桩基础的塑性区域扩大,破坏程度显著增加;随着地面峰值加速度PGA的增加,不同损伤状态下桥梁桩基础的破坏概率逐渐增加;随着多年冻土的退化,桩身最大曲率明显减小,高承台桩基础的破坏概率大幅度下降,而墩顶最大位移明显增大,降低了桩基础的地震稳定性;随着桩身自由段长度的增加,桩身最大曲率和墩顶最大位移均呈增大趋势,桥梁高承台桩基础的地震易损性逐渐增大。因此,对多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础进行抗震设计时,应充分考虑多年冻土层和桩身自由段长度对其抗震性能产生的不利影响。

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。

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。