CN104462641A - 考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法 - Google Patents
考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104462641A CN104462641A CN201410558711.0A CN201410558711A CN104462641A CN 104462641 A CN104462641 A CN 104462641A CN 201410558711 A CN201410558711 A CN 201410558711A CN 104462641 A CN104462641 A CN 104462641A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- soil
- earthquake
- pile
- interaction
- liquefaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明属于岩土工程和基础工程技术领域，涉及一种地震工程领域的考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法。该方法通过构建很好地考虑砂土液化对桩-土地震相互作用土弹簧的影响、用于实现桩-土地震相互作用过程的液化场地桩-土地震相互作用宏单元模型，给出了模型计算参数的合理确定方法与具体表达式；接着，基于非线性文克尔地基梁模型，采用构建的宏单元模型，考虑桩周参振土的质量惯性力、上部结构的惯性力、土的辐射阻尼等效应，建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析模型，将实施自由液化场地动力分析得到的土层位移和孔压比时程作为数值模型外部输入，用于液化场地桩-土地震相互作用问题分析，为实际液化场地桥梁桩基抗震设计提供一种新的分析方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩土工程领域的用于考虑考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法。
背景技术
模型试验作为评价液化场地桥梁桩基抗震性能的重要手段，因其自身存在的局限性而不能被广泛应用。目前，有限元、有限差分法等精确的数值方法已成为液化场地桥梁桩基地震反应与抗震分析的重要方法。但是，这些数值方法因其计算参数选取难、数值建模的复杂性及计算结果的可靠性评估存在很大困难等，在实际工程中应用受到很大局限，成为工程师的次要选择。采用简化方法进行液化场地桥梁桩基抗震分析已成为工程设计人员的首选。但是，目前常规的p-y曲线方法有时不能较准确地描述液化场地桩-土地震相互作用响应，如土的孔压增高引起土体软化、土的辐射阻尼、桩侧与土之间摩擦作用及桩土界面处可能出现的裂缝等。因此，有必要建立用于液化场地桩-土地震相互作用分析的宏单元模型，采用不同的子单元分别模拟桩-土地震相互作用过程中某一特定属性，对各个子单元做适当组合，构建宏单元，然后将宏单元与结构或结构的有限元模型结合，嵌入非线性文克尔地基梁方法中，发展用于液化场地桥梁桩基抗震分析的计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法，它可以高效地进行液化场地桩基桥梁结构抗震性能的评价，有效地用于液化场地桩-土地震相互作用问题的分析。简化方法包括三方面内容，如下。
(1)液化场地桩-土地震相互作用宏单元构建
采用并联弹簧-阻尼器模型，并考虑桩侧土达到极限土反力后，模型可能出现的塑性滞后耗能，建立了桩-土地震相互作用宏单元，见图1(a)。该宏单元由弹簧单元、阻尼单元和塑性单元组合而成，刻画孔压增长引起砂土的刚度衰减等特性。宏单元通过并联阻尼模式表示土的粘弹性变形特性，实现土抗力和动力过程中土体能量的辐射，以及当土的抗力达到其极限时桩的无限滑移，见图1(b)。
液化场地桩-土相互作用刚度采用弹簧单元表示。砂土的弹簧参数直接采用基于砂土动力p-y曲线骨干线建立的不同孔压比下砂土p-y曲线简化模型。通过上述途径得到不同孔压比下饱和砂土的p-y曲线簇；根据孔压比时程曲线，采用线性插值方法确定各个计算时刻孔压比下砂土p-y曲线。上覆的粘土层中弹簧单元的加载循环骨架曲线选为Welch和Reese推荐的循环荷载作用下水上硬粘土的p-y曲线。取场地液化前、后砂土阻尼系数取为ρvs(ρ为砂土的密度，vs为砂土的剪切波速)，粘土辐射阻尼系数取为4ρvs。塑性单元采用土的极限土反力pult控制。桩周塑性区内土反力很大时，桩周土抵抗运动产生的土反力随着位移增大而保持不变，即土反力达到极限土反力时，土体将产生无限滑移。场地液化前、后砂土与粘土的极限土反力通过美国石油工程协会规范(API规范)推荐的方法得到。
(2)液化场地桩-土地震相互作用简化分析模型建立
基于Penzien模型，建立液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析数值模型。基本假定为：(1)远离桩的地基视为自由场地，分为若干水平土层；(2)桩、上部结构简化为串联剪切型质点体系；(3)桩的质量集中于不同土层界面上；(4)桩周土体与桩的振动相同，桩周土简化为土的集中质量体系，并附到桩的集中质量体系之上；(5)自由场地与附加土体的桩之间采用上述构建的宏单元实现地震相互作用；(6)上部结构模拟为集中质量点。据此，建立了液化场地桩-土地震相互作用分析数值模型。桩节点的集中质量为桩周土的等价质量与桩体自重的节点集中质量之和。桩周土的等价质量假定为被桩挤出的土体的质量，挤出土体的体积视为桩的体积。
(3)自由液化场地动力分析
考虑砂土水-土动力耦合效应及土体液化效应的非线性有限元分析程序实施水平自由液化场地有效应力分析，计算得到沿埋深土层位移和孔压比时程作为数值模型外部输入到桩-土地震相互作用简化分析模型。
本发明具有以下有益效果：
通过弹簧单元、阻尼单元、塑性单元的合理组合，构建了桥梁桩基抗震分析的宏单元模型，给出了模型计算参数的合理确定方法，特别融入了新建砂土p-y曲线简化模型，很好考虑了砂土液化对桩-土地震相互作用土弹簧的影响；基于非线性文克尔地基梁模型，采用构建的宏单元模型，考虑桩周参振土的质量惯性力、上部结构的惯性力、土的辐射阻尼等效应，建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析模型；实施自由液化场地动力分析，得到土层位移和孔压比时程作为分析模型的外部输入，实施液化场地桩-土地震相互作用分析，为实际桥梁桩基抗震设计提供一定参考。
附图说明
图1是本发明中涉及到的桩-土地震相互作用宏单元。
具体实施方式
本发明还给出了考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法的实施步骤，如下：
(1)通过实施了自由液化场地有效应力时域分析，得到土层沿着埋深的位移时程和砂层孔压比时程。
(2)建立桩-土地震相互作用简化分析模型。模型中，上部结构模拟为集中质量点，桩模拟为梁单元，桩的质量集中到桩节点之上(不同土层界面上)，并将桩周参振土质量附加到桩的节点(桩的集中质量体系)之上，构成桩的新集中质量体系，其中参振质量选取1倍桩径的土柱质量。自由场地与附加土体的桩之间采用上述构建新的宏单元模型实现地震相互作用。
(3)粘土计算参数基于API推荐的粘土p-y曲线选取。场地液化过程中砂土计算参数选取建立考虑孔压比对曲线影响的p-y曲线简化模型。砂土辐射阻尼系数取为ρvs，粘土辐射阻尼系数取为4ρvs。粘土、砂土的极限土反力选取于API规范。然后，将第一步中自由液化场地动力分析得到位移时程和砂层孔压比时程施加到数值模型中，进行液化场地桩-土地震相互作用分析。
(4)通过上述桩-土地震相互作用分析，得到桩的地震反应，包括加速度、弯矩时程等数据。
Claims (3)
1.一种考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法，由三部分组成：(1)液化场地桩-土地震相互作用宏单元构建；(2)液化场地桩-土地震相互作用简化分析模型建立；(3)自由液化场地地震分析。
2.根据权利要求1所述的考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法，其特征在于所述通过弹簧单元、阻尼单元、塑性单元的合理组合而构建了液化场地桩-土地震相互作用分析的宏单元模型，并给出了模型计算参数的合理确定方法，特别考虑砂土液化对桩-土地震相互作用土弹簧的影响。
3.根据权利要求1所述的考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法，其特征在于所述基于非线性文克尔地基梁理论，上部结构模拟为集中质量点，桩模拟为梁单元，桩的质量集中到处于不同土层界面上的桩节点上，并将桩周参振土质量附加到桩的节点之上，构成桩的新集中质量体系，其中参振质量选取1倍桩径的土柱质量。自由场地与附加土体的桩之间采用上述构建出的宏单元模型实现地震相互作用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410558711.0A CN104462641A (zh) | 2014-10-20 | 2014-10-20 | 考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410558711.0A CN104462641A (zh) | 2014-10-20 | 2014-10-20 | 考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104462641A true CN104462641A (zh) | 2015-03-25 |
Family
ID=52908672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410558711.0A Pending CN104462641A (zh) | 2014-10-20 | 2014-10-20 | 考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104462641A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106503332A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-15 | 福州大学 | 一种引入非线性弹簧的微型桩基‑土动力响应求解方法 |
| CN106650131A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 | 组合受荷桩承载力传递矩阵通解方法 |
| CN106777648A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 南京工业大学 | 一种考虑土体液化的桩基抗震分析方法 |
| CN109214106A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-15 | 江南大学 | 一种液化场地桩基动力反应离心机试验数值模拟方法 |
| CN109610528A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 中国海洋大学 | 对海洋桩基周围土体的冲刷深度的检测方法 |
| CN111366320A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-03 | 盐城摩因宝新材料有限公司 | 建筑桩基抗震工程检测系统及其检测方法 |
| CN112632837A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-09 | 华中科技大学 | 一种地下结构纵向抗震数值确定方法 |
| CN113722799A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-11-30 | 中交第一航务工程勘察设计院有限公司 | 地震场地液化土层作用于桩基的线荷载计算方法 |
-
2014
- 2014-10-20 CN CN201410558711.0A patent/CN104462641A/zh active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 唐亮等: "液化场地桩_土地震相互作用p_y曲线分析方法研究", 《世界地震工程》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106503332A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-15 | 福州大学 | 一种引入非线性弹簧的微型桩基‑土动力响应求解方法 |
| CN106503332B (zh) * | 2016-10-21 | 2019-09-13 | 福州大学 | 一种引入非线性弹簧的微型桩基-土动力响应求解方法 |
| CN106777648A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 南京工业大学 | 一种考虑土体液化的桩基抗震分析方法 |
| CN106650131A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 | 组合受荷桩承载力传递矩阵通解方法 |
| CN106650131B (zh) * | 2016-12-28 | 2020-04-21 | 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 | 组合受荷桩承载力传递矩阵通解方法 |
| CN109214106A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-15 | 江南大学 | 一种液化场地桩基动力反应离心机试验数值模拟方法 |
| CN109610528A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-12 | 中国海洋大学 | 对海洋桩基周围土体的冲刷深度的检测方法 |
| CN111366320A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-03 | 盐城摩因宝新材料有限公司 | 建筑桩基抗震工程检测系统及其检测方法 |
| CN112632837A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-09 | 华中科技大学 | 一种地下结构纵向抗震数值确定方法 |
| CN112632837B (zh) * | 2020-12-31 | 2024-05-14 | 华中科技大学 | 一种地下结构纵向抗震数值确定方法 |
| CN113722799A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-11-30 | 中交第一航务工程勘察设计院有限公司 | 地震场地液化土层作用于桩基的线荷载计算方法 |
| CN113722799B (zh) * | 2021-09-01 | 2024-02-27 | 中交第一航务工程勘察设计院有限公司 | 地震场地液化土层作用于桩基的线荷载计算方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104462641A (zh) | 考虑土体液化全过程的桥梁桩基抗震分析简化方法 | |
| Andrianopoulos et al. | Bounding surface plasticity model for the seismic liquefaction analysis of geostructures | |
| Jeremić et al. | Numerical simulation of fully saturated porous materials | |
| Elia et al. | Fully coupled dynamic analysis of an earth dam | |
| US7966165B2 (en) | Soil-water coupled analyzer and soil-water coupled analysis method | |
| Shahir et al. | Employing a variable permeability model in numerical simulation of saturated sand behavior under earthquake loading | |
| Elia et al. | Seismic performance of earth embankment using simple and advanced numerical approaches | |
| Armstrong et al. | Liquefaction effects on piled bridge abutments: Centrifuge tests and numerical analyses | |
| Rahmani et al. | Investigation of the influence of permeability coefficient on the numerical modeling of the liquefaction phenomenon | |
| Kutter et al. | Proposed outline for LEAP verification and validation processes | |
| Mokhtar et al. | Lateral displacement and pile instability due to soil liquefaction using numerical model | |
| Hu et al. | A coupled two‐phase fluid flow and elastoplastic deformation model for unsaturated soils: theory, implementation, and application | |
| Su et al. | A multidirectional p–y model for lateral sand–pile interactions | |
| Elia et al. | Numerical prediction of the dynamic behavior of two earth dams in Italy using a fully coupled nonlinear approach | |
| JP6238043B2 (ja) | 地盤−構造物系の液状化時の残留変形簡易算定方法 | |
| CN106021664B (zh) | 串珠状岩溶对桩基受力变形影响的分析方法 | |
| Feng et al. | Three-dimensional finite element modelling for seismic response analysis of pile-supported bridges | |
| Souri et al. | Numerical modeling of a pile-supported wharf subjected to liquefaction-induced lateral ground deformations | |
| Vahdati | Identification of soil parameters in an embankment dam by mathematical optimization | |
| Beaty et al. | Effect of ground motion characteristics on liquefaction modeling of dams | |
| Karamitros | Development of a numerical algorithm for the dynamic elastoplastic analysis of geotechnical structures in two and three dimensions | |
| Zhan-Fang et al. | Numerical analysis for the vertical bearing capacity of composite pile foundation system in liquefiable soil under sine wave vibration | |
| Trombetta | Seismic Soil-Foundation-Structure Interaction in Urban Environments | |
| Basarah et al. | Impact of hysteretic damping on nonlinear dynamic soil-underground structure-structure interaction analyses | |
| Kavand et al. | 3-Dimensional Numerical Modelling of Pile Group Response to Liquefaction-induced Lateral Spreading |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |