冻土区桥梁桩基础地震反应及易损性研究

本书聚焦于特殊环境地质条件——冻土区桥梁桩基础地震安全问题，系统深入地开展了考虑冻土影响效应的桥梁桩基础地震反应分析及易损性研究。探讨了冻土的动力学特性以及冻土自由场地在地震激励下的反应特征，为理解桥梁桩基础在此类特殊场地中的动力反应奠定基础；明晰了冻土场地条件下桥梁桩基础地震破坏特征及反应规律的影响；构建了桥梁桩-冻土相互作用计算模型，揭示了地震作用下桩-冻土相互作用机制及其对桥梁桩基础抗震性能的影响；最后，评估了桥梁桩基础在冻土场地条件下的地震易损性，为冻土区桥梁桩基础抗震设计与加固策略提供了科学依据。

中国科协青年人才托举工程、甘肃省飞天学者特聘计划——青年学者

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 冻土区桥梁桩基础抗震问题 1
1.2 冻土区桥梁桩基础地震反应研究现状 3
参考文献 8
第2章 冻土动力学参数 11
2.1 冻土动三轴试验设计 11
2.1.1 试验设备及土样制备 11
2.1.2 试验工况及加载制度 12
2.2 冻土动力学参数计算方法 13
2.2.1 最大动弹性模量与参考应变幅值计算 13
2.2.2 阻尼比计算 15
2.3 冻土滞回曲线形态特征及其影响因素 16
2.3.1 冻土滞回曲线形态特征描述方法 17
2.3.2 围压的影响 18
2.3.3 含水率的影响 19
2.3.4 土体温度的影响 20
2.3.5 加载频率的影响 22
2.4 冻土动力学参数及其影响因素 23
2.4.1 最大动弹性模量 23
2.4.2 阻尼比 25
2.4.3 参考应变幅值 26
2.4.4 冻结粉质黏土动力学参数预测公式 27
2.5 本章小结 29
参考文献 30
第3章 冻土场地地震反应 32
3.1 振动台试验设计 32
3.1.1 可模拟冻土环境的振动台试验系统 32
3.1.2 自由场地模型设计及传感器布置 32
3.2 季节冻土场地地震反应 34
3.2.1 加载工况 34
3.2.2 场地加速度 35
3.2.3 场地水平位移 38
3.2.4 场地动剪应力-应变曲线 41
3.3 多年冻土场地地震反应 48
3.3.1 加载工况 48
3.3.2 场地加速度 50
3.3.3 场地水平位移 53
3.3.4 场地动剪应力-应变关系 54
3.4 冻土场地地震反应数值模型及验证 58
3.4.1 冻土场地数值模型的建立 58
3.4.2 振动台试验与数值模拟结果对比 58
3.5 冻土场地地震反应分析 62
3.5.1 基本假定与土层参数设定 62
3.5.2 模型参数设置与加载工况 63
3.5.3 季节冻土场地地震反应分析 65
3.5.4 多年冻土场地地震反应分析 70
3.6 本章小结 78
参考文献 79
第4章 冻土区桥梁桩基础地震破坏特征 81
4.1 拟静力试验设计 81
4.1.1 试验装置设计 81
4.1.2 桩基础桥墩模型设计 82
4.2 季节冻土层的影响 84
4.3 多年冻土层的影响 87
4.3.1 多年冻土(暖季) 87
4.3.2 多年冻土(冷季) 90
4.4 承台位置的影响 94
4.5 本章小结 98
参考文献 99
第5章 冻土区桥梁桩基础抗震性能 100
5.1 季节冻土区高承台桩基础抗震性能影响因素 100
5.1.1 有限元模型建立及验证 100
5.1.2 高承台桩基础抗震性能影响因素参数化分析 104
5.2 多年冻土区桥梁桩基础抗震性能影响因素 111
5.2.1 桥梁桩基础抗震性能参数化分析 111
5.2.2 多年冻土区高承台桩基础桥墩骨架曲线简化模型 116
5.3 本章小结 122
参考文献 124
第6章 考虑桩-冻土相互作用效应的桥梁地震反应 125
6.1 桥梁桩-土相互作用计算模型 125
6.1.1 已有的桥梁桩-土相互作用计算模型 125
6.1.2 改进的桥梁桩-冻土相互作用计算模型 126
6.1.3 桥梁桩-冻土相互作用计算模型验证 131
6.2 季节冻土区桥梁桩基础地震反应 136
6.2.1 计算工况 136
6.2.2 地震动输入 138
6.2.3 桥墩的地震反应 139
6.2.4 桩基础的地震反应 141
6.2.5 桥墩-桩-土体系的非线性特性 142
6.3 多年冻土区桥梁桩基础地震反应 145
6.3.1 计算工况 145
6.3.2 地震动输入 146
6.3.3 桥墩动力时程反应 146
6.3.4 桩基础非线性特征 148
6.3.5 桩侧土非线性特征 149
6.4 本章小结 149
参考文献 150
第7章 桥梁桩基础地震反应影响因素分析 151
7.1 有限元模型建立及参数设置 151
7.1.1 有限元模型几何尺寸 151
7.1.2 材料参数 152
7.1.3 阻尼设置 154
7.1.4 桩-土-承台约束条件设置 155
7.1.5 模拟工况 155
7.2 多年冻土层温度对桥梁桩基础地震反应的影响 156
7.2.1 承台加速度反应谱 156
7.2.2 桩基础水平相对位移 157
7.2.3 桩基础弯矩和剪力 158
7.2.4 桩基础等效应力 160
7.2.5 桩基础拉压损伤 161
7.2.6 桩基础等效塑性应变 164
7.3 多年冻土层厚度对桥梁桩基础地震反应的影响 164
7.3.1 承台加速度反应谱 164
7.3.2 桩基础水平相对位移 165
7.3.3 桩基础弯矩和剪力 166
7.3.4 桩基础等效应力 168
7.3.5 桩基础拉压损伤 169
7.3.6 桩基础等效塑性应变 171
7.4 季节活动层温度对桥梁桩基础地震反应的影响 172
7.4.1 承台加速度反应谱 172
7.4.2 桩基础水平相对位移 173
7.4.3 桩基础弯矩和剪力 174
7.4.4 桩基础等效应力 176
7.4.5 桩基础拉压损伤 177
7.4.6 桩基础等效塑性应变 179
7.5 季节活动层厚度对桥梁桩基础地震反应的影响 180
7.5.1 承台加速度反应谱 180
7.5.2 桩基础水平相对位移 181
7.5.3 桩基础弯矩和剪力 182
7.5.4 桩基础等效应力 184
7.5.5 桩基础拉压损伤 186
7.5.6 桩基础等效塑性应变 188
7.6 本章小结 189
参考文献 190
第8章 冻土区桥梁桩基础地震易损性 192
8.1 桥梁地震易损性分析方法 192
8.1.1 理论易损性曲线建立流程 192
8.1.2 地震动的输入及损伤指标确定 193
8.1.3 理论易损性曲线建立方法 194
8.2 考虑冻土效应影响的桥梁桩基础动力时程分析 195
8.2.1 有限元模型的建立 195
8.2.2 地震波的选取与输入 196
8.2.3 桩基础地震反应 197
8.3 考虑冻土效应影响的桥梁桩基础地震易损性分析 198
8.3.1 损伤指标确定 198
8.3.2 地震波回归分析处理 199
8.3.3 理论易损性曲线建立 200
8.4 冻土区桥梁桩基础地震易损性影响因素 202
8.4.1 季节活动层厚度 204
8.4.2 桩身自由段长度 211
8.4.3 轴压比 216
8.4.4 剪跨比 223
8.5 本章小结 228
参考文献 229