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目前,各国的桥梁抗震设计规范中对于群桩基础的规定还不完善,特别是在我国规范中,作为能力保护构件进行设计的群桩基础,其抗震需求的计算方法还存在缺陷,所以现在亟待对桥梁群桩基础的抗震设计进行研究,为我国抗震规范的修订提供参考。本文基于能力设计思想,重点研究群桩基础抗震需求的计算方法,主要内容如下:
1.通过对中美两国桥梁抗震设计规范的比较,对整套抗震设计体系的过程和方法有了全面的认识,并在此基础上分析规范中桩基的两种抗震设计方法的特点和过程。另一方面,通过对日本桥梁抗震设计规范中桩基础抗震设计的详细介绍,对上述桩基抗震设计方法做了有益的补充。最后,指出我国规范中桩基抗震设计的不足之处,并指明研究方向。
2.采用我国规范中的材料强度指标体系及抗震设计所取用的材料特征强度分析超强系数随各种影响因素变化的规律,并选取其中的控制因素对常规桥梁截面进行分析,以得出适用于我国规范的超强系数的合理取值范围。根据平均超强系数曲线,并考虑各种因素的影响,对低轴压比的桥梁墩柱构件,建议我国桥梁抗震设计规范中超强系数的取值提高至1.3。再通过分别采用中美两国的材料性能指标体系和抗震设计中所取用的材料特征强度所得到的超强系数值进行对比,进一步验证我国现行桥梁抗震设计规范中超强系数取值的不合理性。
3.针对常规桥梁,研究承台惯性力随桥墩刚度变化的规律。结论表明,桥墩屈服后的承台惯性力要远高于桥墩处于弹性状态下的承台惯性力,在群桩基础抗震需求计算中忽略承台惯性力的影响是不合理的。提出用单承台模型的承台惯性力近似代替桥墩进入塑性后承台—墩梁结构模型中的承台惯性力,并通过弹塑性时程分析进行验证。结果表明,由该近似所造成的误差是可以接受的。
4.提出群桩基础的抗震需求的简化计算方法,即通过墩底超强弯矩和对应的墩底剪力以及单承台模型的承台惯性力直接得出群桩基础的抗震需求,并通过弹塑性时程分析进行验证。结果表明,由简化方法所造成的误差是可以接受的,该简化方法可以进行实际应用。