地震作用下陡坡与桥梁桩基相互影响的研究

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随着国内基础交通建设的蓬勃发展,桥梁工程应用越来越多,在地势复杂的山区修建公路时,常采用沿陡坡的高墩桩桥梁形式,桩柱式桥梁桩基在山区桥梁建设中应用广泛。陡坡上的桥梁桩基同时受上部荷载和坡体下滑推力的作用,受力形式相比平地桩基更为复杂。当地震发生时,陡坡与桥梁桩基相互作用复杂,更易引起陡坡失稳导致桩基受损,本文结合江西省交通运输厅科技项目(编号:2016C0006)对陡坡与桥梁桩基相互影响的动力反应进行了分析,本文的主要内容与成果如下:(1)以粘弹性人工边界为基础,通过有限元软件ABAQUS建立了合理的二维陡坡桥梁桩基模型,研究了在粘弹性人工边界条件下地震波以等效荷载方式输入时的计算公式,最终通过开发的外接程序以更加简单的方式实现了粘弹性边界和地震荷载的添加,并通过算例验证了理论和程序的准确性。(2)通过建立不同参数下的陡坡模型,分析了在有无桥梁桩基时陡坡的动力响应问题,在无桥梁桩基时分析了地震作用下振幅、入射角度、陡坡坡角对陡坡动力响应的影响,得出了各影响因素下的陡坡的动力响应规律;对存在桥梁桩基时陡坡的动力响应和稳定性进行了分析,得出存在桥梁桩基时陡坡动力响应有所减小,桩基弹模、桩基直径和桩位的改变均会对陡坡稳定系数产生影响。(3)通过建立不同参数的陡坡桥梁桩基模型,分析了地震作用下波形、振幅、入射角度、坡角、土体性质、桥梁上部结构和桩基直径对桥梁桩基动力响应的影响,得出了在上述不同参数下的桩基位移、桩侧土压力和桩身弯矩的变化规律:桩侧土压力和桩身弯矩随埋深呈现先增加后减小的现象;P波作用下桩侧土压力和桩身弯矩明显小于SV波作用下的桩侧土压力和桩身弯矩;随着地震波振幅、入射角度、坡体角度和桥梁上部结构质量的增加,桩侧土压力和桩身弯矩增大;对不同土体性质分析得出软土下桩侧土压力和桩身弯矩大于硬质土体;随着桩基直径的增加,桩体位移和桩侧土压力减小,桩身弯矩存在小幅增加。
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