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《桩-土-结构相互作用对铁路大跨连续刚构桥地震反应的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、82铁道勘察2010年第5期文章编号:1672-7479(2010)05-0082-03桩-土-结构相互作用对铁路大跨连续刚构桥地震反应的影响蒋成强(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)InfluenceofInteractionbetweenPileandSoilonAntiseismicPerformanceofRailroadContinuousRigidFrameBridgewithLargeSpanJiangChengqiang摘要以某铁路跨黄河连续刚构桥为研究对象,应用大型有限元分析软件MIDAS,建立了该桥的三维有限元模型,采用质量弹簧体系模拟基础和
2、地基,分析了地质条件改变对该桥动力特性和地震响应的影响,所得结论可为今后大型桥梁的设计研究提供参考。关键词桩-土-结构相互作用大跨连续刚构桥动力特性地震反应分析中图分类号:U44823文献标识码:B地震是一种自然现象。全球每年平均发生破坏性题。桥梁与支承它的地基之间总是有相互作用的,最地震近千次,其中震级达7级或7级以上的大地震约常见的是作为桥梁地基的土体与上部结构的相互作十几次,给人类带来了极大的灾难,严重地威胁到人们用,当上部结构的刚度大而地基的刚度相对较小时,这[1]的财产及生命安全。有关地基基础的震害在各次种相互作用显得更为突出。只有当地基的刚度无限大地震中都有发生,造
3、成的破坏及其后果令人震惊。桩时,结构上的反应只取决于上部结构的振动特性,此时基是建于软弱土层中的桥梁最常用的基础形式。桩-无相互作用的影响。图1示意了土与结构动力相互作土-结构动力相互作用使结构的动力特性、阻尼和地用的机理。图1(a)假定地基为刚性,结构物的振动特震反应发生改变,主要表现为自振周期延长、阻尼增性能取决于上部结构,此时无相互作用存在。图1(b)[2]加、内力及位移反应改变等,而忽略这种改变并不表示结构物建在具有一定柔性的土上,当在基岩位置总是偏安全的。因此,对建立在桩基上的上部结构进处输入地震动Xg,通过地基土传递到基础底部时,地1行抗震分析时,有必要将桩-土-结
4、构作为一个整体震动的运动幅值及频谱成分已经发生了变化,地震动来研究,并且考虑其相互作用的影响。以某铁路跨黄已成为Xg;同时,由于有相互作用的存在,结构动力性2河连续刚构桥为例,建立了该桥的空间有限元模型,并能也发生了变化。在考虑SSI效应时,也可先求得在通过改变地质条件,研究场地土的刚度对该桥动力特Xg1作用下,经过土与结构相互作用后传至地表的Xg2,性和地震反应的影响,得出了有益的结论,可供抗震设继而用Xg作为结构基底的地震动输入,进行上部结构2计时参考。的地震反应分析。但这种分析是近似的,未充分考虑相互作用的影响,如图1(c)所示。1土与结构相互作用的分析模型与分析方法12
5、土与结构相互作用的分析模型11土与结构动力相互作用的基本概念桩-土结构相互作用问题十分复杂,难以得到解土与结构相互作用(SoilStructureInteraction,简析解,不少学者提出了许多简化的计算模型以及相应称SSI),可以分为静力相互作用和动力相互作用问的计算方法。[3](1)弹性地基梁模型:假设土体在任意的应力收稿日期:2010-09-15作者简介:蒋成强(1982),男,2009年毕业于兰州交通大学土木工程与该点的位移成正比,土对桩的作用可用弹簧体系来学院桥梁与隧道工程专业,工学硕士,助理工程师。代替。桩-土-结构相互作用对铁路大跨连续刚构桥地震反应的影响:蒋成
6、强833结构有限元模型和计算结果分析31有限元模型本文采用有限元通用程序MIDAS进行计算。梁和桥墩均采用空间梁单元模拟,主梁与刚臂墩刚接,桩[5]土相互作用简化成弹簧约束加在墩底。有限元模型如图3所示。图1土与结构相互作用概念示意(2)多质点体系模型:地基土影响用非线性弹簧和阻尼器模拟。(3)梁和波动场模型:地基阻抗通过波动理论来图3结构有限元模型求解,可采用简化的平面无限域测量场或三维无限域波动场模型,一般后者只适用于均匀地基。据勘探及地质测绘揭示,桥址区地层岩性为第四系ml(4)有限元模型:桩、地基均按有限元方法离散。全新统人工堆积层(Q4)杂填土;第四系上更新统洪积pl
7、[4](5)边界元模型和混合模型:地基按边界元方层(Q3)黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂、砾砂法离散,桩按有限元方法离散,也可通过边界元模型计细圆砾土、粗圆砾土、卵石土;上新统(N2)砾岩、泥质砂算地基阻抗等。砾岩。根据桩-土相互作用理论计算得墩底弹簧刚度13土与结构相互作用的分析方法如表1工况2所示。本文旨在分析改变地质条件对结构自振特性及抗震性能的影响,故选取了具有代表性的土与结构相互作用分析按求解方法可分为解析四种工况进行分析计算,工况1将地基看成刚性的,且法、数值法、数值解析
