• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

城市轨道桥梁桩基抗震简化模型的比较研究

郑一峰 陈鑫

郑一峰, 陈鑫. 城市轨道桥梁桩基抗震简化模型的比较研究[J]. 震灾防御技术, 2018, 13(1): 23-40. doi: 10.11899/zzfy20180103
引用本文: 郑一峰, 陈鑫. 城市轨道桥梁桩基抗震简化模型的比较研究[J]. 震灾防御技术, 2018, 13(1): 23-40. doi: 10.11899/zzfy20180103
Zheng Yifeng, Chen Xin. Comparative Study of Pile Foundation Seismic Simplify Model for Urban Railway Bridge[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2018, 13(1): 23-40. doi: 10.11899/zzfy20180103
Citation: Zheng Yifeng, Chen Xin. Comparative Study of Pile Foundation Seismic Simplify Model for Urban Railway Bridge[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2018, 13(1): 23-40. doi: 10.11899/zzfy20180103

城市轨道桥梁桩基抗震简化模型的比较研究

doi: 10.11899/zzfy20180103
详细信息
    作者简介:

    郑一峰, 男, 生于1966年。博士, 教授。研究方向:大跨径桥梁施工控制。E-mail:zhengyf0824@126.com

    通讯作者:

    陈鑫, 男, 生于1992年。在读硕士研究生。研究方向:桥梁抗震研究。E-mail:chenxintrill@sina.com

Comparative Study of Pile Foundation Seismic Simplify Model for Urban Railway Bridge

  • 摘要: 以郑州城郊铁路工程中独柱高架车站为例,将土体化为一系列弹簧,描述土体的变形性质。通过比较《城市轨道交通结构抗震设计规范》中的非线性土弹簧、《铁路桥涵地基和基础设计规范》中的m系数法弹簧及Mindlin解弹簧进行建模计算得到的车站结构的地震响应,由结果可知结构地震响应对承台处弹簧刚度最为敏感。另外,将分布弹簧模型等代为六弹簧模型进行地震反应计算,结果表明桩体质量的影响与承台质量相比很小。
  • 图  1  桩基础集中参数模型示意图

    Figure  1.  Sketch map of concentration parameter model of pile foundation

    图  2  桩-土相互作用地基弹簧模型

    Figure  2.  Foundation spring model of soil-pile interaction

    图  3  桩基础采用六弹簧建立单墩模型

    Figure  3.  Single pier model based on six-spring

    图  4  承台质心荷载施加方式

    Figure  4.  The load pattern in pile cap mass centre

    图  5  弹簧本构关系

    Figure  5.  Spring constitutive relation

    图  6  车站横剖面图

    Figure  6.  The transverse cross-section plan of station

    图  7  计算模型

    Figure  7.  Calculation model

    图  8  地震动输入

    Figure  8.  Ground motion input

    图  9  《规范》线性弹簧、m系数法、Mindlin土弹簧下的车站结构响应

    Figure  9.  The response of station structure in "code" linear spring, m method and Mindlin model

    图  10  《规范》线性弹簧与m系数法、Mindlin法弹簧刚度取值情况

    Figure  10.  Stiffness values in "code" linear spring model, m method and Mindlin model

    图  11  水平地基抗力和变形之间的关系

    Figure  11.  Relationship between horizontal soil resistance and deformation

    图  12  《规范》与m系数法,Mindlin法计算得到承台处的“地基系数”

    Figure  12.  "Foundation coefficient" around pile cap in "code" linear spring, m method and Mindlin model

    图  13  m系数法、Mindlin法承台处弹簧刚度修正后的车站结构响应比较

    Figure  13.  The response of station in condition of m method, Mindlin model modified

    图  14  反应承台处弹簧刚度影响程度的Rp

    Figure  14.  Rp value representing pile cap spring stiffness influence

    图  15  结构是线弹性情况下线性分布弹簧与非线性分布弹簧约束下的桥梁结构响应比较

    Figure  15.  The response comparison between linear distributed spring and nonlinear distributed spring (structure is in linear elasticity)

    图  16  结构是线弹性情况下分布弹簧进入非线性的状态

    Figure  16.  State of nonlinear distributed spring (structure is linear elasticity)

    图  17  墩底弯矩-转角关系曲线

    Figure  17.  Bending moment-corner curve at the bottom of pier

    图  18  墩进入非线性时线性分布弹簧与非线性分布弹簧的计算结果比较

    Figure  18.  The response comparison between linear distributed spring and nonlinear distributed spring (piers go into nonlinear)

    图  19  墩柱进入非线性时分布弹簧进入非线性的状态

    Figure  19.  State of nonlinear distributed spring (piers go into nonlinear)

    图  20  桩顶弯矩-转角关系曲线

    Figure  20.  Bending moment-corner curve on the top of pile

    图  21  桩体进入非线性时线性分布弹簧与非线性分布弹簧的计算结果比较

    Figure  21.  The calculation result comparison between linear distributed spring and nonlinear distributed spring (piles go into nonlinear)

    图  22  桩体进入非线性时分布弹簧进入非线性的状态

    Figure  22.  State of nonlinear distributed spring (piles go into nonlinear)

    图  23  墩底和桩顶弯矩-转角关系曲线

    Figure  23.  Bending moment-corner curve at the bottom of pier and on the top of pile

    图  24  墩柱和桩体进入非线性时线性分布弹簧与非线性分布弹簧的计算结果比较

    Figure  24.  The calculation result comparison between linear distributed spring and nonlinear distributed spring (piers and piles both go into nonlinear)

    图  25  墩柱和桩体进入非线性时分布弹簧进入非线性的状态

    Figure  25.  State of nonlinear distributed spring (piers and piles both go into nonlinear)

    图  26  反应土体非线性影响程度的Rn

    Figure  26.  Rn value representing soil nonlinear influence

    图  27  结构是线弹性情况下分布弹簧与六弹簧的墩柱反应计算结果比较

    Figure  27.  The pier response calculation result comparison between distributed spring and six-spring model (structure is in linear)

    图  28  结构是线弹性情况下分布弹簧模型中桩体的地震响应

    Figure  28.  The pile response of distributed spring model (structure is in linear)

    表  1  桥梁结构的工程材料

    Table  1.   Materials of bridge structure

    上部结构框架梁、板、柱 桥梁墩柱 上部结构盖梁承台 桩基和承台
    C45混凝土 C45混凝土 C50混凝土 C35混凝土
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    表  2  土体基本参数

    Table  2.   Basic parameters of soil

    土层 天然密度
    ρ/g·cm-3
    水平基床系数
    /kPa·m-1
    竖向基床系数
    /kPa·m-1
    压缩模量
    Es/kPa
    地基系数的比例系数
    m/kPa·m--2
    1粉土 1.65 45000 15000 6000 6000
    5黏土 1.65 62200 20733 12900 13000
    5黏土 1.65 62200 20733 12900 13000
    4细砂 2.01 43300 14433 20000 13000
    6泥质胶结黏性土 1.71 50000 16667 11000 11000
    4细砂 2.01 55000 18333 20000 15000
    4细砂 2.01 55000 18333 20000 15000
    3泥质胶结砂土 1.97 60000 20000 35000 26000
    7泥质胶结黏性土 2.10 65000 21667 20000 23000
    7泥质胶结黏性土 2.10 65000 21667 20000 23000
    7泥质胶结黏性土 2.10 65000 21667 20000 23000
    4泥质胶结砂土 2.30 60000 20000 40000 28000
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    表  3  《规范》线性弹簧与m系数法、Mindlin法弹簧刚度值

    Table  3.   Stiffness values in "code" linear spring model, m method and Mindlin model

    深度/m Mindlin/103kN·m-1 m/103kN·m-1 规范/103kN·m-1 Mindlin/规范 m/规范
    -2.75(承台) 143.80 350.63 843.75 0.17 0.42
    -7 127.87 472.5 337.5 0.38 1.40
    -12 554.97 1755 466.5 1.19 3.76
    -17 821.63 2486.25 466.5 1.76 5.32
    -22 1686.06 3217.5 324.75 5.19 9.91
    -27 1154.52 3341.25 375 3.07 8.91
    -32 2513.18 5400 412.5 6.09 13.09
    -37 2928.06 6243.75 412.5 7.09 15.14
    -42 5851.30 12285 450 13.00 27.30
    -47 3759.67 12161.25 487.5 7.71 24.95
    -52 4176.15 13455 487.5 8.56 27.60
    -57 4592.95 14748.75 487.5 9.42 30.25
    -62 10020.06 19530 450 22.26 43.40
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  • 收稿日期:  2017-07-05
  • 刊出日期:  2018-03-01

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