冲刷作用下群桩基础桥梁地震破坏机理及抗震设计方法

桥梁是交通基础设施系统的枢纽工程，提高桥梁结构的可靠度是减少自然灾害造成直接和间接损失的重要手段之一。近年来，基于多种灾害作用下桥梁结构的性能化设计引起了广泛关注。本项目拟对河流冲刷作用对桥梁基础的稳定性和抗震性能展开研究，具体内容包括：（1）开展不同冲刷深度群桩桥墩拟静力试验研究，提出冲刷作用下群桩桥墩的滞回模型，并给出适用不同埋置深度的桩土相互作用的数值模型；（2）开展不同冲刷深度下带群桩基础梁桥的模拟地震振动台试验研究，分析各种冲刷深度下桩土相互作用的受力全过程，进一步完善和校核提出的数值模拟方法；（3）基于可靠度理论，结合试验和数值模拟结果，提出考虑桥梁冲刷深度的桥梁抗震性能分析和设计方法。上述工作结合理论分析、试验研究和数值模拟，建立一种准确、高效的整体结构抗震分析方法，为提高公路桥梁在多种灾害下的可靠度打下理论基础并提供技术支撑。 2100433B

群桩基础是大型桥梁普遍采用的基础形式，而船撞作用下桥梁的群桩基础的安全性缺乏研究。目前船撞桥梁的研究中，简化处理了土-结构相互作用，严重影响了分析结果的精度和可靠性。本项目将针对桥梁群桩基础在船撞作用下的动力反应这一高度非线性的瞬态动力问题开展研究。基于直接法的思路，耦合船-桥碰撞、土-结构相互作用，开展室内模型试验和数值模拟。分析船体、桥梁结构（包括群桩基础）和土体在碰撞过程的动力特性，建立合理的模型，模拟上述耦合动力反应过程，揭示群桩基础、土体、船舶及上部结构等碰撞关联物体的特性对群桩基础在船撞作用下的动力反应的影响机理。在此基础上，进一步研究考虑土-结构相互作用的桥梁船撞力的计算方法和全桥在船撞作用下动力反应的群桩基础部分的简化模型。研究成果将推进船撞作用下桥梁结构的合理设计，促进全桥在船撞作用下动力反应等相关研究的发展。

船撞作用下桥梁群桩基础的安全性缺乏研究。本研究针对船撞作用下群桩基础的动力反应机理，基于直接法的思路，耦合船—桥碰撞、土—结构相互作用，利用室内模型试验和数值模拟，开展了以下研究工作:(1)研究了船舶结构对船舶碰撞影响,分析了船艏水平向和竖向隔板数、形状及板厚等因素对船碰撞动力反应的影响，结果表明随着船舶刚度增大，船撞力随之增大，碰撞接触时长缩短，碰撞耗能率下降。(2)研究了船撞作用下单桩及群桩的动力反应，结果表明随着船舶重量增加，最大桩顶位移逐渐增加，最大桩顶加速度虽逐渐增加，但增幅不大。随着船速的增加，最大桩顶位移及最大桩顶加速度逐渐增大；随着撞击角度减小，最大承台加速度出现时刻、最大承台位移均逐渐减小，最大承台偏转角度先增大后减小，在撞击角度为 时，最大承台偏转角度最大。随着撞击位置从承台中心向承台边缘变化，承台加速度时程、最大承台位移变化较小，而最大承台偏转角度呈线性增加。随着上部荷载增加，最大桩顶加速度、最大桩顶位移均逐渐减小。随着露出地面桩长的增加，桩基础动力反应均逐渐增加，由于整体刚度变大，露出地面桩长对群桩的影响小于单桩。桩间距对群桩动力反应影响均较小。随着桩径和桩数的增加，最大桩顶加速度、最大桩顶位移逐渐减小，但减幅逐渐减小；随着土动弹性模量的增加，最大承台位移和最大承台加速度逐渐增加，增幅逐渐减小。(3)研究了混合桩水平抗弯刚度，分析了含钢率、泥皮弹性模量及泥皮厚度对混合桩的水平抗弯刚的影响。在此基础上，进行多元线性回归拟合分析，提出了混合桩水平抗弯刚度的计算方法。(4)研究了船撞作用下混合桩单桩动力反应，相同的船撞作用下，混合桩的桩顶最大位移、桩顶最大加速度比普通桩小得多，钢护筒明显提高了桩的抗水平撞击性能。有泥皮的混合桩的桩顶最大位移、桩顶最大加速度均大于无泥皮的，表明泥皮对于混合桩的水平承载性能存在不利影响。(5)研究了最大船撞力和各影响因素的关系，提出了考虑了土-结构相互作用船撞力计算方法，该方法中最大船撞力和船舶重量的开方成正比、和船速成正比、和桩径、土体剪切模量、地面以上桩长成指数函数关系。综上所述，在船撞作用下桩基础的动力反应机理研究基础上，提出土-结构相互作用对船撞力计算方法；针对船撞防护的新型桩基础-混合桩，提出了其水平抗弯刚度计算方法，并结合其结构特性分析船撞作用下动力反应影响，上述工作可指导船撞作用下桥梁桩基础的合理设计。

内容简介

本书结合作者多年来在该领域开展的研究工作，试图通过对深水桥梁基础冲刷方面的基础知识、研究进展以及工程实践等进行系统的介绍，以期读者能够较为全面地了解深水桥梁基础的冲刷问题，并希望本书有助于读者在掌握相关理论和已有成果的基础上开展新的研究和探索。本书第一章对深水桥梁群桩基础冲刷的基础知识和研究现状进行了介绍，由于冲刷研究涉及到多个学科，需要对冲刷分析涉及的水流、土体侵蚀以及桥梁基础特性进行了必要的了解；第二章至第五章主要针对群桩基础冲刷的机理和分析方法进行阐述，所涉及的物理模拟、理论分析和数值分析主要侧重于机理方面的研究；第六章至第八章则侧重于介绍冲刷对群桩基础承载性能的影响，分别从静力作用和动力响应等方面进行论述；第九章主要针对冲刷防护技术进行详细论述。 梁发云，男，1976年3月出生，博士，教授，博士生导师，现任同济大学教授，地下建筑与工程系副主任，岩土及地下工程教育部 重点实验室副主任。担任中国建筑学会地基基础分会理事、中国土木工程学会港口工程分会理事等。2100433B