液化侧扩流场地桥梁桩基强震反应与稳定性分析方法

Due to the application requirements of seismic designs of liquefaction-induced laterally spreading ground for the pile briges in our country, international newest technology and the latest progress of pile foundation, this project focuses on the reinforced concrete pile-column pier, of which seismic ductility capacity has been fully studied favorable soils. Based on the seismic damage facts of pile foundation in the liquefaction-induced laterally spreading ground, the test methods, theoretical analysis, numerical simulations and damage surveys will be adopted in this project which concentrates on the analysis of pile-soil-bridge structure interactions during strong earthquakes. This project is mainly concerned with the study of pile foundation responses under the strong earthquake, the physical mechanisms of pile-soil interaction, and the influence of pile-soil kinematic interaction and inertial interaction to the pile foundation seismic performance. The purpose of this project is to propose seismic responses and stability analysis procedures for bridge pile foundation which can be improved and numerically implemented easily. Furthermore, the simplified analysis approaches of bridge pile foundation seismic design are established for the liquefaction-induced laterally spreading ground, and then preliminary advices on improvement of the existing code for seismic design are proposed. This project will help to further enhance the innovation capacity of fundamental researches for seismic bridge designs and make dramatical theoretical progresses of seismic hazard prediction and control for bridge engineering.

基于我国液化侧扩流场地桩基桥梁抗震设计的应用需求，密切此项研究的国际前沿技术与最新进展，直接针对桩基简支桥梁结构与液化侧扩流场地条件，并以延性抗震能力研究较充分的钢筋混凝土桩基－柱式桥墩为研究对象，采用试验方法、理论分析、数值模拟与震害调查相结合的研究手段，立足于场地液化侧扩流造成桥梁桩基破坏的震害事实，着眼于从分析桩－土－桥梁结构强震相互作用入手，注重于研究桩基强震反应的基本规律、桩－土强震相互作用的物理过程与力学机制、桩－土运动相互作用与惯性相互作用对桩基抗震性能的重要影响，致力于提出便于推广、易于数值实现的液化侧扩流场地桥梁桩基强震反应与稳定性分析方法，初步建立液化侧扩流场地桥梁桩基抗震设计的简化分析方法（对我国现行规范中液化侧扩流场地桥梁桩基抗震设计方法提出初步的改进建议）。有利于进一步提高我国桥梁工程抗震基础研究的创新能力，并逐步实现对桥梁工程震害与抗震研究的重点跨越与理论升华。

地震中液化引发场地侧扩流是导致桩基震害的主要原因之一。振动台试验是研究液化侧扩流场地桩－土动力相互作用最有效的途径之一。数值计算是振动台试验的有力补充，同时也是将理论研究工作拓展到实际工程的必要技术环节。鉴于此，本项目针对地震下液化侧扩流场地桩－土相互作用体系，通过大型桩基振动台试验和理论分析相结合的方法，建立了液化侧扩流场地桩－土动力相互作用有限元数值计算模型和简化分析方法。同时，基于典型液化侧扩流场地桩－土－上部结构体系分析模型，获取了桩－土相互作用荷载传递规律。最后，基于现有设计方法，提出了液化侧扩流场地桩基抗震设计方法，并验证了设计方法的有效性。具体研究内容、方法及成果如下：.(1) 液化侧扩流场地桩基振动台模型试验。针对典型近岸液化侧扩流场地特点，借鉴同类振动台试验设计经验，完成了液化侧扩流场地桩基振动台试验，并对液化侧扩流场地土层孔压、加速度和侧向位移及桩的侧向位移和弯矩响应进行系统分析。.(2) 液化侧扩流场地桩基振动台模型试验有限元数值模拟。针对桩基振动台试验，利用初始状态分析法，通过施加节点孔压和相应节点荷载模拟自由水体，建立了液化侧扩流场地桩基振动台数值模型，并基于振动台试验结果对数值模型的可靠性进行验证。.(3) 液化侧扩流场地桩－土相互作用简化分析方法。针对桩基振动台试验，基于非线性Winkler地基梁模型，建立了液化侧扩流场地桩－土相互作用简化分析方法，基于试验结果对简化分析方法的可靠性进行验证并进行了参数分析。.(4) 液化侧扩流场地桩－土相互作用荷载传递模型。建立了典型的液化侧扩流场地桩基地震响应荷载传递模型，分析了桩土荷载传递规律。.(5) 液化侧扩流场地桩基抗震设计方法。提出基于位移的文克尔地基梁等效静力设计方法，给出了该方法的一般步骤，并依据动力非线性有限元分析对该设计方法进行了验证，最后给出了该方法进行液化侧扩流场地桩基设计的使用实例。