第１２卷 第３期 ２０１２盔 中 国 水运 ＶｏＩ．１２ Ｍａｒｃｈ Ｎｏ ３ ２Ｏ１ ２ ３月 Ｏｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｜ｌｌ ｌ高桩桥梁承台桥墩桩的不同Ａ由长度对地震响应分析 黄博，喻泽红，梁雨兰，李成军 （长沙理工大学水利工程学院，湖南长沙４ｌ０１１４） 摘要：使用限元软件ａｎｓｙｓ作为桩一土一结构动力相互作用分析的工具，建立高桩桥承台桩的简化模型，根据桩 的自由长度不同分别建立了５种计算模型，其中各模型桩的自由长度分别为Ｏｍ，４ｍ，６ｍ，８ｍ，１０ｍ。进行了 桩 土～一结构相互作用线性体系的地震响应分析，分别计算了结构自振特性和地震反应，以研究高桩承台基础桥墩 地面上桩的出土自由长度对地震反应的影响。 关键词：高桩承台；地震反应；桩土作用；群桩；承台；ａｎｓｙｓ 中图分类号：Ｕ４４２．５ 引言 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－７９７３（２０１２）０３—０２１０—０２ 一、立了５种计算模型，长度分别为０ｍ，４ｍ，６ｍ，８ｍ，１Ｏｍ。 近年来随着大跨度桥梁的发展和钻孔技术的不断完善， 采用高桩承台基础桥墩的桥梁越来越多。高桩承台基础由于 在有限元软件ＡＮＳＹＳ中进行建模和地震响应分析。模型中桩 士接触选择ａｎｓｙｓ模块的面面接触ｌ３＇ 。地震分析中选择一条 形图如下图。此列地震波记录的持时为４８ｓ，间隔为０．０２ｓ。 四、计算结果分析 １．计算条件 承台的位置较高，可以减少钢筋混凝土方量，减轻自重，且 施工方便，增加结构的柔性，改善结构的抗震性能，同时与 普通群桩基础相比高桩承台稳定性相对较差，如果桥位于高 烈度地震区，地震力较大时，由于承台及桩基部分露出地面， 桩基的受力情况可能不利，需要考虑用地震力进行控制设计。 由于高桩承台桩的自由长度是影响基础抗震性能的重要指 标，所以高桩承台的抗震设计中自由长度的选择至关重要。 具有代表性的地震波ｋｏｂｅ波进行地震输入。相应的ｘ，Ｙ的波 地震波为ｋｅｂｏ波，其峰值加速度为０．６ｇ，桩周围土体按弹 性考虑，通过改变高桩承台的自由长度，桩的自由长度分别取 ０ｍ，４ｍ，６ｍ，８ｍ和１０ｍ，对整个结构体系自振周期ｌ４】，特 本文主要研究桩的无土壤约束的自由长度与整个系统在地震 作用Ｆ响应的关系１１，２１。 二、工程实例背景 征节点（桥墩顶部与承台顶部）的加速度、位移时程进行输出。 期输出见表１。 表１ 不同自由长度体系对应的自震周期 （１）桩的不同自由长度体系的前ｆ阶振型对应的自振周 某实际工程中ｌ１’ 的高桩承台基本尺寸见图１，群桩按 ２Ｘ３布置，桩的直径为１．２ｍ，基岩上上层均匀土层Ｉ 。土体 厚度为２６ｍ，密度２，０００ｋｇ／ｍ。，泊松比为０．３，弹性模量 １ ５６ＭＰａ，粘聚力１５ＫＰａ，内摩擦角３０。，膨胀角２０。。桩 体弹性模量为３０ＧＰａ，密度为２，５００ｋｇ／ｍ。，泊松比为０．２， 桩体为圆桩，直径为１．２ｍ。 ｒ ｆ一一一 ． ．一 ＾一＾ 面 Ｈ ３割盘 ！ ， ２ ４ …口 ｛ ２ ７ ４ 随着自由长度的增加，上部结构的刚度降低，整个体系 图１ 高桩承台民尺寸图 三、计算模型 的刚度也降低，自振周期延长，参见表１，当自由长度为Ｏｍ 时，为０．６１０９ｓ，自由长度变化对整个体系的自震周期影响 （及为普通桩基础）时基本周期为０．４５５８ｓ，自由长度为１Ｏｍ 本文将高桩承台进行地震反应分析，在同一地震下就不 同高桩承台自由长度的改变对地震反应的影响进行探讨。本 文约定沿列车运动的方向为纵向。根据桩的自由长度分别建 收稿日期：２０１２—０２—１ １ 显著的。 较见图２。 （２）不同自由长度桥墩顶部承台顶部加速度时程曲线比 作者简介：黄博，长沙理工大学水利工程学院。 第３期 黄博等：高桩桥梁承台桥墩桩的不同自由长度对地震响应分析 ２１ １ 系上部结构响应值中最大的。自由长度从０ｍ增加到８ｍ时， 结构沿高度方向响应值都有相应的增加，且增幅值沿结构高 度方向增加显著。桩顶特征节点处随自由长度变化显著。８ｍ ㈣ 聊 和１０ｍ的自由长度各特征节点响应值变化不大。 一 ０ １ ０ ２０ Ｉ｜ ４０ ＧＯ 时间（ｓｅｃ） 图２不同长度桥台顶部和承台顶部加速度时程比较 （３）不同自由长度桥墩顶部承台顶部位移时程曲线比较 图３。 时 （ｓｅｅ） 图３不同自由长度桥台顶部和承台顶部位移时程比较（ｄ） ２．桩的自由长度对体系加速度和位移的影响 不同自由长度桥墩顶部和承台顶部的加速度时程曲线以 及位移时程曲线（见图２）基本具有相同的相位，但０ｍ，４ｍ， ６ｍ，８ｍ四种自由长度条件下响应的幅值有显著的变化，随 着自由长度的增加，加速度放大系数降低，自由长度为８ｍ和 １０ｍ两种情况差别不大。 将不同自由长度体系的特征节点位移以及加速度的时程 响应最大值列表２。结构的特征节点在同一自由长度，承台顶 部和桥台顶部的特征节点的位移和加速度变化不是很显著， 桩顶处的特征节点与其它两处的响应值变化显著，而且是体 表２不同自由长度体系位移以及加速度时程响应最大值 ３．桩自由长度变化对结构特征截面内力的影响 一 高柱结构在地震反应中桩顶截面破坏的比较突出ｌ ３ ｌ。本 文选取结构一个边桩截面，对不同自由长度桩顶截面在地震最 大峰值加速度时的剪力与弯矩进行比较见表３。自由长度为０ｍ （即普通桩基结构）４ｍ和６ｍ桩顶截面的剪力和弯矩逐渐变 小。自由长度为８ｍ时桩顶截面的受力达到最大。可以看出桩 顶截面的受力并不是随着自由长度的变化而规律变化，而是出 现反复。所以在高桩承台桥墩结构工程设计时桩自由长度的选 取时要根据各方面的实际情况选取桩的自由长度。 表３最大峰值加速度特征截面剪力与弯矩 五、结语 随着自由长度的增加体系的刚度降低，自振周期延长，加 速度放大系数减小，位移增大。桩顶特征截面的内力随着高度 的增加先减小，然后随着自由长度到达一定高度后，再增加自 由长度桩顶内力将随着高度的变化增加而且增幅相对之前变 化显著。并不是自由长度越长体系内力就越小。因此在进行优 化设计时，应该综合考虑这些效应，选择合理的自由长度。 参考文献 【１】孙剑平．高桩承台桥墩的二维地震反应分析【Ｄ】．兰州：兰 州铁逆学院，１９９６． 『２１孔德森．桩一土相互作用计算模型及其在桩基结构抗震分 析中的应用『Ｄ１．大连：大连理工大学，２００４． １３ｌ夏雪娇．考虑桩一土一结构相互作用的结构动力数值分 析研究ＩＤ］．大连：大连理工大学，２０（）８． 『４１李围，叶裕明，刘春山，沈火明，肖新标．ａｎｓｙｓ土木Ｘ－程 应用实例（第二版）【Ｍ】．北京：中国水利水电出版社， ２００６． ［５】Ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｉｌｅｓ ｉｎ ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ａｍｅｒｉｃａ Ｓ ｐｏｒｔｓ—ｇａｔｅｗａｙｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｇｌｏｂａｌ ｅｃｏｎｏｎｌｙ ｐｒｏｃｅｅ ｄｉｎｇｓ ｏｆｔｈｅ ｐｏｒｔｓ ２００１ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ． Ｉ６ｌ吴飞桥．地震荷栽作用下内河架空直立式集装箱码头数值 分析［Ｄ／．重庆：重庆交通大学，２０１（）． 一 一