Effect of pile-soil-structure interaction on the cable-stayed bridge in response to the earthquake

In this thesis, based on the design of a 140＋90m span unusual single tower and single cable plane cable-stayed bridge, fi＇ee vibration characteristics and seismic response are investigated; three dimensional finite element models of a single tower cable-stayed bridge with and without the pile-soil-strucW.re interaction are established respectively by utilizing finite element software MIDAS/CIVIL, seismic response of Response spectrum and Earthquake schedule are analyzed respectively and compared. By the comparison of the data analysis, for small stiffness span cable-stayed bridge, the pile-soil-structure interaction can not be ignored with calculation and analysis of seismic response.

液化砂土中单桩地震响应振动台试验研究

通过小型振动台动力模型试验,观测了饱和砂土中桩-土-结构(PSSI)在模拟地震力作用下的动力响应。结果表明:超静孔隙水压力在振动过程中不断增长,不同深度的土层均达到液化,并且离土面越近越先达到液化;土层的液化伴随着桩侧摩阻力的大大减弱,上部结构物的大部分荷载由桩底较硬持力层土承担,桩基的竖向承载力降低,上部结构的沉降量加大。同时在地震力的作用下PSSI效应加大了底层上部结构的地震反应。本研究加深了对饱和砂土在地震力作用下PSSI效应的理解,有助于建立或优化可液化土中桩基抗震设计方法。

考虑桩-土-结构相互作用的结构振动控制研究

在Penzien模型的基础上,建立了考虑桩-土-结构相互作用(PSSI)的计算模型,推导了其主动控制方程,分析了PSSI对结构控制的影响,以及土与结构各种主要参数对控制效果的影响。分析结果表明:考虑PSSI,结构地震响应有所加大,控制效果有所降低,最大控制力增大;在一定范围内,土的剪切波速、桩的截面惯性矩以及上部结构的基本周期对结构的主动控制有着显著的影响。

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。

桩-土-结构相互作用研究综述及展望

鉴于桩-土-结构相互作用对结构物的动力特性及地震响应的影响,对国内外桩-土-结构相互作用研究历史和现状进行了总结。介绍了国内外桩-土-结构相互作用的四大类研究方法:震害调查、数值方法、理论分析方法和试验方法,并分析了各优缺点及存在的主要问题。最后指出接触面本构模型的完善、计算方法的改进、数值分析与试验相结合、震害调查和原型观测资料的收集、空间分析模型研究是桩-土-结构相互作用问题研究的发展方向。

考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑风振响应分析(Ⅱ)

对考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑顺风向风振响应的计算问题而言,由于桩土系统的影响,整个结构体系的动力特性较刚性地基的情形有了很大的不同。考虑到影响高层建筑风振响应的参数往往是综合性的,而非单参数的影响,采用相对刚度这一参数,对桩—土—结构相互作用时对结构顺风向风振响应的影响进行了研究,所得结论可供设计时参考。

Pushover加载模式对圆形双柱墩地震反应的影响

为考察pushover侧向力模式对桥墩地震反应的影响,以圆形双柱墩模型为例,进行了6个地震动作用下的非线性时程分析和4种常用侧向力加载模式的pushover分析,并以时程分析结果的平均值作为对比基准。研究表明,不同侧向力加载模式计算结果存在一定差异,静力法计算结果误差最大;给定振型下的模态法误差较小,在不同轴压比下的计算结果分布规律与时程法的吻合最好;常量加速度法的误差基本介于前述两种模式之间;M-phi曲线法的误差随着轴压比的增大而变大;与时程法相比,模态法的计算结果比其它方法更为合理。

考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑风振响应分析(Ⅰ)

对考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑顺风向风振响应的计算问题而言,由于桩土系统的影响,整个结构体系的动力特性较刚性地基的情形有了很大的不同。考虑到影响高层建筑风振响应的参数往往是综合性的,而非单参数的影响,采用相对刚度这一参数,对桩—土—结构相互作用时对结构顺风向风振响应的影响进行了研究,所得结论可供设计时参考。

桩-土-结构相互作用对大跨钢管混凝土拱桥风振响应的影响

以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为例,基于ANSYS软件建立了该桥的三维有限元模型,研究了考虑桩-土-结构相互作用对大跨度钢管混凝土拱桥风振响应的影响。结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,结构的自振频率减少,风振响应有所增加。

桩-土-结构相互作用对超大跨度斜拉桥动力特性的影响

对于运用钻孔灌注群桩基础的超大跨度桥梁来说,桩-土-结构相互作用效应(PSSI)是影响桥梁结构动力性能的重要因素,其模拟的精度直接影响动力性能分析的准确性。采用改进的集中质量模型中应用最为广泛的Penzien模型,即在每根桩相应节点施加集中质量-弹簧粘滞阻尼器体系模拟桩-土-结构相互作用效应,并考虑结构的几何非线性与恒载刚度的影响,研究桩-土-结构相互作用对超大跨度斜拉桥动力特性的影响。研究结果表明:桩-土-结构相互作用使得结构变柔,刚度降低,自振周期变长,在动力分析时须予以考虑,尤其针对斜拉桥自振频率较低,模态振型较为集中且高度耦合,且由于桥塔在主梁以上未设置横梁使其具有自身独特的动力特性,更需引起注意。

桩基核岛厂房地震动力响应分析研究

桩基础的模拟、地基土模型及与之匹配的地震动输入、地震动输入位置等是桩基核岛厂房地震动力响应的关键影响因素。以某典型非基岩核电厂的场地条件为研究背景,建立了考虑桩-土-核岛厂房相互作用的地震动力响应计算模型,采用等效线性的方法模拟近场非基岩地基的非线性动力特性,讨论了地基土模型及与之匹配的地震动输入的计算方法;在此基础上,研究了桩基础模拟方法、地震动输入及其位置对桩基核岛厂房地震动力响应的影响。研究认为:桩基核岛厂房地震动力响应分析中地基土模型与地震动输入应相互匹配;采用实体单元可以更准确模拟桩基核岛厂房的地震动力响应;地震动输入位置对厂房动力响应影响不明显,但不同位置的设计地震动对其影响较为明显。研究成果对桩基核电厂的设计、非基岩核电厂选址工作等都有重要的参考意义。