粘性土中土-桩-桥梁模型体系的地震响应

文摘   2024-11-28 14:15   安徽  
摘要:本文使用在OpenSees中开发的有限元模型(FEM)研究了地震荷载作用下模型桩-土-桥梁系统的动力响应。数值模型通过与伴随实验研究的振动台测试数据进行验证,该实验测试了一个由有机玻璃制成的桩-桥梁模型。桥梁模型包括四个桥墩,每个桥墩由2×2桩群支撑,边缘桥墩在桥墩和桥面之间设有60×60 mm的橡胶垫。在三个强度水平下施加了两种地震地面运动,即El Centro和Tianjin。计算和测量的响应显示出良好的一致性。验证的FEM表明,与Tianjin地震相比,El Centro地震通常在结构元件中引起更高的加速度和弯矩响应,而Tianjin地震导致更大的位移响应。这些发现突显了地震波特征(如主要周期)对桥梁系统响应的影响。此外,边缘桥墩顶部在不同地震运动和强度水平下的弯矩保持相对一致,表明橡胶垫在减轻桥墩地震力方面的作用。

1. 引言 (Introduction)

- 背景:文章讨论了桥梁在现代交通系统中的重要性,以及它们在地震中的韧性对于确保安全和可靠性的关键作用。

- 历史地震影响:回顾了历史上显著地震对桥梁的影响,如1999年台湾集集地震、2008年汶川地震等。

- 桩基础:强调了桩作为桥梁基础系统的广泛使用及其在地震作用下性能的重要性。

2. 描述振动台试验 (Description of the shake table test)

- 试验目的:研究了由有机玻璃制成的模型桥梁在不同地震特性下的响应。

- 试验设置:详细描述了使用相似理论构建的缩尺模型桥梁,包括桥梁尺寸、土壤特性、地震输入等。

- 试验结果:通过振动台测试收集了模型组件在地震加载下的响应数据。

3. 桩-土-桥有限元模型描述 (Description of pile-soil-bridge finite element model)

- 模型特征:介绍了使用OpenSees开发的有限元模型,包括土壤、桩、桥墩和桥面的模拟。

- 参数敏感性分析:进行了参数敏感性分析以校准土壤参数,确保模型的准确性。

- 地震输入:描述了如何将实验中获得的地震输入数据用于数值模拟。

- 分析方法和边界条件:详细说明了模型分析的四个阶段,包括初始应力状态的建立、塑性特性的引入、桥梁组件的添加和边界条件的应用。

4. 模型验证 (Model validation)

- 验证方法:通过与振动台试验数据的比较,验证了有限元模型的准确性。

- 结果比较:对比了数值模拟和实验数据,展示了模型在模拟地震响应方面的有效性。

5. 有限元分析得到的桥梁系统组件响应 (Response of bridge system components obtained from finite element analysis)

- 桥墩和桥面响应:分析了桥墩和桥面在不同地震强度水平下的加速度、位移和弯矩响应。

- 桩基础响应:研究了桩基础在地震作用下的加速度、位移和弯矩响应。

6. 结论 (Conclusions)

- 模型验证:确认了有限元模型能够准确模拟振动台试验中观察到的动态行为。

- 地震响应:总结了El Centro和Tianjin地震对桥梁结构的影响,包括加速度、位移和弯矩响应。

- 设计建议:强调了在桥梁设计和分析中考虑地震特性的重要性,包括强度、频率内容和持续时间。

文章通过实验和数值模拟,提供了对地震作用下桥梁结构响应的深入理解,并为桥梁设计和地震工程提供了有价值的见解。

参考文献

Ozturk, B., Hussein, A. F., El Naggar, M. H., & Chen, H. (2024). Seismic response of a model soil-pile-bridge system in cohesive soil. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 187, 109013.

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