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桩—土—桥梁结构地震动力相互作用振动台模拟试验研究

作　者: 魏春莉
导　师: 张力；唐光武
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 桩-土-桥梁结构地震动力相互作用振动台试验数据处理频率分解方法惯性相互作用运动相互作用
分类号: P315.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

地震作用下桩-土-桥梁结构动力相互作用研究是当前岩土工程和地震工程领域中研究的热点,是经济建设和桥梁抗震中面临的重要课题。目前,我国桩基抗震设计方法比较落后,缺乏实际地震和模型试验的验证。本文依托厦漳跨海大桥的桩基抗震试验研究项目,通过振动台试验模型研究,揭示了桩-土-桥梁结构地震动力相互作用的机理,分析了桩在地震作用下的动力特性和破坏过程,对该工程中应用的桩基抗震设计方法进行了讨论,总结了振动台试验数据处理的方法。根据厦漳大桥拟建场地存在砂土液化、甚至严重液化等问题,以及桩基抗震设计采用的液化场地m=0的方法,本文设计了一个自由场试验(FF)和四个1/30桩-土-桥梁结构地震动力相互作用振动台模型试验。这四个模型试验是:非液化场地试验(NLF)、除去液化层试验(LLR)、液化场地无覆盖层试验(NSF)和液化场地有覆盖层试验(SF)。这一系列的试验的目的是考察非液化场地和液化场地条件下桩-土-桥梁结构地震动力相互作用的机理。振动台模型试验涉及大量的数据处理工作,而数据处理的效率和质量直接关系到研究工作的有效性。为此,本文以除去液化层试验(LLR)为例,详细阐述了运用MATLAB进行数据处理的思路和过程,总结出一套振动台试验数据处理方法,这是振动台试验数据处理方法标准化、软件化的重要内容,并可供同类试验借鉴和参考;本文侧重于对频谱特性的分析,提出频率分解的思想,为分析惯性相互作用和运动相互作用对桩-土-桥梁结构地震动力相互作用的影响的大小问题,提供了一种简洁,直观,有效的方法,对该类型试验具有重要的参考价值。此外,本文着重分析了除去液化层场地(LLR)的桩身应变数据。并且运用频率分解的思想,分析了惯性相互作用和运动相互作用对桩-土-桥梁地震结构动力相互作用的影响的大小,增进了对桩-土-桥梁结构地震动力相互作用机理的理解。试验结果表明:不论是在小、中和大震下,对非液化场地,桩身的弯矩反应主要由结构体系的特性控制,即惯性相互作用占主导地位,运动相互作用对桩身弯矩的影响很小;低频段的地震响应对桩身中下部的影响较大,而高频段的地震响应对中上部的影响较大;在桩头和桩土交界面处出现最大弯矩。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状概况  10-11
  1.3 研究思路  11-13
  1.4 研究目的和意义  13
  1.5 本文内容安排和创新点  13-15
第二章文献综述  15-30
  2.1 引言  15
  2.2 桩基破坏机理  15-17
  2.3 桩－土－结构地震动力相互作用的研究方法  17-29
    2.3.1 理论研究  17-21
    2.3.2 试验研究  21-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章地震模拟振动台模型试验理论基础  30-44
  3.1 引言  30-34
    3.1.1 结构动力模型设计的量纲分析  30-31
    3.1.2 动力结构模型设计一般原则  31-34
  3.2 边界效应  34-36
    3.2.1 边界模拟方法  34-35
    3.2.2 边界条件模拟设计  35-36
  3.3 地震动输入研究  36-38
    3.3.1 反应谱  36
    3.3.2 地震加速度时程  36-37
    3.3.3 设定地震  37
    3.3.4 最不利设计地震动  37-38
  3.4 数据处理方法  38-43
    3.4.1 滤波  38-40
    3.4.2 概率和数理统计方法  40-42
    3.4.3 桩身弯矩  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章桩－土－桥梁结构振动台模型试验  44-69
  4.1 引言  44-45
  4.2 试验目的和内容  45-46
  4.3 试验设备  46-49
    4.3.1 大型高性能三轴向地震模拟试验台阵系统主要技术参数  46-47
    4.3.2 配套数据采集、振动测试分析系统  47-48
    4.3.3 盛土容器－层状剪切变形土箱  48-49
  4.4 试验模型设计  49-57
    4.4.1 相似设计  49-51
    4.4.2 模型材料的选择  51
    4.4.3 模型参数  51-57
  4.5 传感器的选用  57-59
  4.6 输入地震波的选择  59-60
    4.6.1 选波原则  59-60
    4.6.2 本试验地震波的输入  60
  4.7 试验实施  60-68
    4.7.1 测点布置  62-67
    4.7.2 加载工况  67-68
    4.7.3 数据采集  68
  4.8 本章小结  68-69
第五章桩－土－桥梁结构振动台试验数据处理方法  69-86
  5.1 引言  69
  5.2 数据处理思路  69-70
  5.3 数据处理内容  70-71
  5.4 数据处理过程  71-84
    5.4.1 消均值及趋势项  71
    5.4.2 噪声信号分析  71-74
    5.4.3 体系主要响应频率段分析  74
    5.4.4 滤波  74-78
    5.4.5 坏点判断  78-82
    5.4.6 数据处理  82-84
  5.5 桩－土－桥梁结构地震动力相互作用分析方法  84-85
  5.6 本章小结  85-86
第六章试验分析结果  86-110
  6.1 引言  86
  6.2 自由场试验  86-92
    6.2.1 土体的动力特性  86
    6.2.2 土体的加速度反应  86-90
    6.2.3 土箱容器对边界条件的模拟  90-92
  6.3 除去液化层试验  92-109
    6.3.1 试验现象  92-95
    6.3.2 体系的动力特性  95-96
    6.3.3 土体加速度峰值放大系数  96-97
    6.3.4 桩身弯矩反应  97-109
  6.4 本章小结  109-110
第七章总结与展望  110-113
  7.1 本文工作总结  110-111
  7.2 未来工作展望  111-113
致谢  113-114
参考文献  114-120
在学期间的发表的论著及参与的科研项目  120

桩—土—桥梁结构地震动力相互作用振动台模拟试验研究

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