考慮土、上部結(jié)構(gòu)和橋臺(tái)相互作用的橋臺(tái)地震土壓力計(jì)算方法.pdf

1、近些年地震頻發(fā)，作為交通咽喉的橋梁結(jié)構(gòu)如何保持良好的作用顯得尤為重要。大量地震災(zāi)害研究資料表明，橋臺(tái)在地震作用下由于土壓力過大而破壞，進(jìn)而引起橋梁倒塌喪失交通作用的情況十分明顯。但是目前國內(nèi)關(guān)于地震作用下橋臺(tái)受到的土壓力方面的研究還比較少，國內(nèi)常用的橋臺(tái)設(shè)計(jì)方法中地震土壓力的計(jì)算乃是采用擋土墻土壓力計(jì)算方法，然而橋臺(tái)的受力情況與擋土墻并不盡相同，因?yàn)闃蚺_(tái)的質(zhì)量和剛度顯然都比較大，而且作為上部結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)，在地震發(fā)生時(shí)還容易受到上部

2、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度的影響，并不像擋土墻等柔性結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時(shí)變形較大。因此對(duì)于地震作用下橋臺(tái)受到的主動(dòng)與被動(dòng)土壓力的研究顯得尤為重要。本文在Coulomb土壓力理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖解法求解土楔形體傾斜破裂角，推導(dǎo)考慮橋臺(tái)實(shí)際結(jié)構(gòu)形式的橋臺(tái)土壓力計(jì)算方法，并采用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)地震作用下橋臺(tái)所受土壓力進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)一步分析考慮上部結(jié)構(gòu)的地震作用下橋臺(tái)所受到的土壓力，最后對(duì)所提出的計(jì)算方法中各個(gè)參數(shù)對(duì)于結(jié)果的影響進(jìn)行探索研究。具

3、體內(nèi)容如下：
　?。?）以Coulomb土壓力理論為基礎(chǔ)，考慮梁波提出的橋臺(tái)臺(tái)背填土劃分形式，利用圖解法對(duì)土楔形體傾斜破裂角進(jìn)行求解，得到土楔形體傾斜破裂角的結(jié)果，進(jìn)一步得出針對(duì)橋臺(tái)的地震土壓力計(jì)算方法。
　　（2）利用ABAQUS有限元分析軟件建立地震作用下橋臺(tái)主動(dòng)土壓力計(jì)算數(shù)值分析模型，并在該模型中施加大、中、小三種等級(jí)地震波，其峰值加速度分別為0.4g、0.2g、0.1g。分析地震作用下橋臺(tái)與土壤接觸面應(yīng)力分布形式和大

4、小，以及作用在接觸面上的土壓力合力大小，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　?。?）以現(xiàn)有橋梁設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ)，建立考慮上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)相互作用的橋臺(tái)地震主動(dòng)土壓力數(shù)值分析模型，忽略橋墩對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的影響，建立單跨梁式橋數(shù)值分析模型，并對(duì)該模型施加峰值加速度為0.4g（大）、0.2g（中）、0.1g（小）三種地震波。分析該條件下接觸面處應(yīng)力分布情況，以及作用在接觸面上的土壓力合力大小，對(duì)不考慮上部結(jié)構(gòu)作用的橋臺(tái)地震土壓力進(jìn)行對(duì)比分析，得出上部

5、結(jié)構(gòu)的存在對(duì)于橋臺(tái)地震土壓力的影響。
　?。?）對(duì)所提出的計(jì)算方法進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，分析各個(gè)參數(shù)變化對(duì)于土壓力計(jì)算值的影響。結(jié)果表明：隨著內(nèi)摩擦角(φ)的增大，主動(dòng)土壓力計(jì)算系數(shù)逐漸減小，并且此趨勢(shì)越來越明顯。并且隨著外摩擦角(δ)的增大，主動(dòng)土壓力系數(shù)也逐漸減??；當(dāng)δ=φ/2~φ,這種趨勢(shì)并不明顯，然而當(dāng)δ=0~φ/2,這種變化趨勢(shì)較為顯著。隨著臺(tái)背傾角的增大，土壓力系數(shù)漸減小。相對(duì)來說，內(nèi)摩擦角的影響程度更大一些。水平地震加

6、速度系數(shù)增大則主動(dòng)土壓力系數(shù)增大，隨著內(nèi)摩擦角的增大，水平加速度變化對(duì)土壓力計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的影響逐漸減小。就以上參數(shù)來說，內(nèi)摩擦角的變化對(duì)于橋臺(tái)土壓力計(jì)算結(jié)果影響較大，水平地震系數(shù)變化對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響比內(nèi)摩擦角變化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響弱。
　?。?）總的來說，土壤內(nèi)摩擦角(φ)對(duì)于橋臺(tái)地震土壓力計(jì)算結(jié)果的影響要大于其他任何參數(shù)。同時(shí)，在本研究過程中發(fā)現(xiàn)，不考慮上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)的相互作用會(huì)大大低估橋臺(tái)在地震過程中受到的土壓力，降低幅度達(dá)到