【摘要】：歷次震害調(diào)查結(jié)果顯示,土體液化造成樁基失效的主要模式有彎曲失效、沉降破壞和屈曲失效。關(guān)于液化場(chǎng)地樁基的彎曲失效和沉降破壞問題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量的研究工作并頒布了多項(xiàng)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。然而,關(guān)于液化場(chǎng)地樁基屈曲失效機(jī)制的研究相對(duì)較少,且多集中于研究軸向荷載對(duì)樁基屈曲失效的影響,忽略了側(cè)向荷載和軸向荷載耦合作用可能造成的樁基屈曲失效的問題。同時(shí),世界范圍內(nèi)尚沒有出現(xiàn)系統(tǒng)考慮液化場(chǎng)地樁基屈曲失效機(jī)制的規(guī)范。鑒于此,本文以液化場(chǎng)地嵌巖樁為研究對(duì)象,通過開展多重荷載解耦的振動(dòng)臺(tái)對(duì)照試驗(yàn),揭示了液化場(chǎng)地樁基屈曲失效原因,提出了樁基屈曲臨界荷載數(shù)值計(jì)算方法,發(fā)現(xiàn)了影響樁基地震反應(yīng)的關(guān)鍵地震動(dòng)參數(shù),建立了易于工程應(yīng)用的液化場(chǎng)地樁基屈曲失效判別方法。主要的研究?jī)?nèi)容、方法與認(rèn)識(shí)如下:1.針對(duì)水平液化場(chǎng)地嵌巖樁,成功實(shí)施了多重荷載解耦的振動(dòng)臺(tái)對(duì)照試驗(yàn)。試驗(yàn)中,以軸向荷載為控制指標(biāo),對(duì)比研究了不同受力情況下樁基的失效情況,發(fā)現(xiàn)已有常用液化場(chǎng)地樁基屈曲臨界荷載計(jì)算方法不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)樁基的屈曲失效,證明了樁基的屈曲失效是由軸向荷載和側(cè)向荷載共同作用引起的。2.基于非線性溫克爾地基梁法,建立了同時(shí)考慮土體液化效應(yīng)、樁的初始幾何缺陷和樁的非線性的液化場(chǎng)地樁基屈曲臨界荷載數(shù)值計(jì)算方法。方法中,采用應(yīng)變硬化型p-y曲線考慮土體液化效應(yīng),通過預(yù)設(shè)樁節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的方式描述樁的初始幾何缺陷,采用基于力的非線性梁柱單元模擬樁,引入基于有限位移理論的協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)法考慮樁的幾何非線性,利用樁頭位移控制加載直接獲得樁的軸向荷載-位移曲線,基于非線性屈曲分析理論取曲線極值點(diǎn)作為樁的屈曲臨界荷載,并通過離心機(jī)試驗(yàn)和有限元方法驗(yàn)證了該方法的正確性。3.基于提出的液化場(chǎng)地樁基屈曲臨界荷載數(shù)值計(jì)算方法,分析了土體相對(duì)密度、樁的初始幾何缺陷、樁的抗彎剛度、柱墩高度等因素對(duì)樁基屈曲臨界荷載的影響。隨后,基于影響因素分析結(jié)果,通過融入歐拉屈曲臨界荷載計(jì)算方法,提出了不同相對(duì)密度土體下,考慮土體液化效應(yīng)的樁基屈曲失效判別方法,并通過離心機(jī)試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該判別方法的有效性。4.基于有限元法,建立了液化場(chǎng)地樁基地震反應(yīng)數(shù)值模型,并通過離心機(jī)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的正確性。隨后,基于該數(shù)值模型,對(duì)比分析了近場(chǎng)地震動(dòng)和遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下樁基地震反應(yīng)的異同,研究了地震動(dòng)參數(shù)對(duì)樁-土-結(jié)構(gòu)體系地震反應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn),近場(chǎng)地震動(dòng)作用下樁基更容易發(fā)生破壞,地震峰值速度PGV是預(yù)測(cè)液化場(chǎng)地樁-土-結(jié)構(gòu)體系地震反應(yīng)最好的地震動(dòng)參數(shù),并提出了以PGV為控制變量的液化場(chǎng)地樁基峰值彎矩和峰值位移的估算方法。5.結(jié)合提出的液化場(chǎng)地樁基地震反應(yīng)數(shù)值模擬方法和樁基屈曲臨界荷載數(shù)值計(jì)算方法,發(fā)展了考慮慣性荷載的樁基屈曲臨界荷載數(shù)值計(jì)算方法與屈曲失效判別方法。基于不同地震動(dòng)、不同上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量作用下樁基的屈曲失效情況,結(jié)合已提出的考慮土體液化效應(yīng)的樁基屈曲失效判別公式,建立了以地震動(dòng)峰值速度PGV為控制變量的考慮慣性荷載的液化場(chǎng)地樁基屈曲失效判別簡(jiǎn)化方法,并通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其正確性進(jìn)行了檢驗(yàn)。本文研究成果進(jìn)一步加深了對(duì)液化場(chǎng)地橋梁樁基屈曲失效機(jī)理的認(rèn)識(shí)。文中所完成的多重荷載解耦的振動(dòng)臺(tái)對(duì)照試驗(yàn)、提出的樁基屈曲臨界荷載數(shù)值計(jì)算方法和樁基屈曲失效判別方法,對(duì)于客觀認(rèn)識(shí)橋梁樁基強(qiáng)震反應(yīng)規(guī)律與失效機(jī)制,精準(zhǔn)分析橋梁樁基豎向承載力,科學(xué)完善現(xiàn)行液化場(chǎng)地橋梁樁基抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,有效實(shí)施強(qiáng)震下橋梁樁基抗震設(shè)計(jì)等,具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
【圖文】：

圖 2-3 液化場(chǎng)地樁基有效長(zhǎng)度計(jì)算方法Fig. 2-3 Concept of effective length of pile in liquefying ground此外，Bhattacharya[18]認(rèn)為，當(dāng)樁所受軸力大于 0.35 倍 PE時(shí)，長(zhǎng)eff/rmin>50）的樁會(huì)發(fā)生屈曲破壞。其中，rmin為樁的極慣性矩，，按公定：minIrA （ I——樁截面的慣性矩（m4）；A ——樁截面的面積（m2）�？紤]到在 1g 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過程中，樁頂可放置質(zhì)量塊的重量有限，大軸向荷載下發(fā)生屈曲失效，應(yīng)盡可能的減小樁的剛度 EI，因此， 6061-T6 鋁材料，其彈性模量為 6.9×104MPa，屈服強(qiáng)度為 276MPa為 310MPa。根據(jù) Bond[127]的調(diào)查結(jié)果，工程中常用管樁的長(zhǎng)度 L rmin之比一般在 71~284 范圍內(nèi)。因此，綜合考慮試驗(yàn)采用的剪切振動(dòng)臺(tái)最大載重量、樁的屈曲臨界荷載等因素，試驗(yàn)選用樁長(zhǎng) 19

第 2 章 液化場(chǎng)地橋梁樁基屈曲失效振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表 2-3 南京砂物理性質(zhì)指標(biāo)[128]Table 2-3 Properties of Nanjing sand[128]參數(shù) 數(shù)值比重 2.70最大孔隙比, emax1.15最小孔隙比, emin0.62平均粒徑, D50(mm) 0.13不均勻系數(shù), Cu2.31曲率系數(shù), Cc1.07
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U441

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2680983