地震作用下多年冻土区桥梁桩基础-冻土体系相互作用机理及抗震计算模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808273
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0804.结构工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The Qinghai-Tibet plateau, mainly distributed by permafrost in China, is also an area with a high potential occurrence of earthquakes. The pile foundation is widely used for bridges in this region. The bridge pile foundation is prone to be destroyed by the earthquakes, so it is essential to evaluate its seismic performance. The dynamic properties of the frozen soil are influenced significantly by the temperature and water content (hydro-thermal characteristics). However, the hydro-thermal effect of frozen soil on the seismic analysis of the bridge pile foundation in permafrost region was neglected in previous researches. These results were insufficient to reveal the interaction mechanism of the bridge pile-frozen soil system subjected to earthquakes. Therefore, there was no appropriate pile-frozen soil interaction model for the seismic analysis of the bridge pile foundation in permafrost region. In this project, the widespread railway bridge pile foundation with gravity pier in permafrost region will be selected as research object. Through model tests, theoretical analysis and numerical simulations, the failure characteristics, hysteretic behavior and energy dissipation of the bridge pile-frozen soil system under cyclic lateral loading will be analyzed. On the basis of these results, we aim to reveal the interaction mechanism of the bridge pile-frozen soil system subjected to earthquakes. The bridge pile-frozen soil interaction model with consideration of hydro-thermal characteristics of the frozen soil will be provided to analyze the seismic responses of the bridge pile foundation-frozen soil system. Combined with the quasi-static testing results, our goal is to provide seismic performance evaluation index and seismic fortification criteria of bridge pile foundation in permafrost region.
我国青藏高原多年冻土区处于地质构造活跃地带,该区域桥梁工程普遍采用桩基础,其遭遇地震的危险性和可能性较大,抗震问题突出。冻土的动力特性受其温度和含水量(水热效应)影响显著,然而以往在多年冻土区桥梁桩基础抗震研究中未充分考虑冻土水热效应,其成果无法有效揭示地震作用下桥梁桩基础-冻土体系的相互作用机理,因而缺乏合理的桩-冻土相互作用抗震计算模型。为此,本项目选择我国多年冻土区铁路桥梁中普遍采用的重力式桥墩桩基础为研究对象,采用模型试验、理论分析和数值模拟等研究手段,探究多年冻土区桥梁桩基础-冻土体系在水平反复荷载作用下的破坏形态、滞回耗能等特性,揭示地震作用下桥梁桩基础-冻土体系的相互作用机理,建立考虑冻土水热效应的桥梁桩基础-冻土体系相互作用计算模型,对多年冻土区桥梁桩基础进行非线性地震反应分析,并结合拟静力试验结果,提出多年冻土区桥梁桩基础的抗震性能评估指标及抗震设防标准。

结项摘要

我国青藏高原地区多年冻土分布广泛,同时该区域地质构造活跃,地震活动频繁,多年冻土区公路和铁路等基础设施遭遇地震的危险性和可能性较大。考虑到多年冻土的敏感和脆弱性,为尽量降低工程修建对多年冻土的热影响,公路和铁路修建在高温高含冰量多年冻土区通常采用“以桥代路”的方式,而桩基础由于其承载力高、热扰动小等优势,成为了多年冻土区桥梁工程基础形式的首选。为系统研究多年冻土区桥梁桩基础地震破坏机理及抗震性能,确保其合理的抗震设计,本项目以我国多年冻土区铁路桥梁中普遍采用的重力式桥墩桩基础为研究对象,采用模型试验、理论分析和数值模拟等研究手段,探究了地震作用下多年冻土区桥梁桩基础-冻土体系相互作用机理,并建立了考虑冻土效应的桥梁桩基础-冻土体系相互作用计算模型,分析了多年冻土区桥梁桩基础的地震响应及抗震性能。.研究结果表明:首先,季节冻土层或多年冻土层均会显著改变地震作用下桥梁桩基础的破坏形态,包括桩基础混凝土开裂位置、塑性铰的出现等,冻土层的存在使桩基础的塑性区域扩大,破坏程度显著增加;其次,季节冻土层或多年冻土层的存在会显著提高桩土体系的水平承载能力,拟静力模型试验结果显示季节冻土层和多年冻土层存在时桩-土体系的水平承载能力分别提高了约50%和60%,而桩-土体系变形能力的变化并不显著;另外,季节冻土层或多年冻土层的存在及其厚度变化会显著影响桩土体系的滞回特性和耗能能力,尤其是加载后期的耗能能力明显高于无冻土情况。最后,数值分析结果显示,冻土温度变化对桩-冻土体系承载力、刚度退化和桩身位移的影响最明显,初始含水率和土体干密度的影响则相对较小;多年冻土退化导致地震作用下桩身最大曲率明显减小,使桥梁桩基础的破坏概率大幅度下降,而墩顶最大位移呈增大趋势。以上研究成果充分揭示了冻土-桩基础的相互作用机理,对多年冻土区既有桥梁桩基础的抗震性能评估和新建桥梁桩基础的抗震设防具有重要的指导意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
考虑季节性冻融效应的铁路桥梁桩基础抗震性能及影响因素分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    铁道学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于生生;张熙胤;王万平;黄安琪;孙斌洁;徐振江;张益舶
  • 通讯作者:
    张益舶
Experimental study of frozen soil effect on seismic behavior of bridge pile foundations in cold regions
冻土效应对寒冷地区桥梁桩基抗震性能的试验研究
  • DOI:
    10.1016/j.istruc.2021.03.119
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Structures
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Xiyin Zhang;Zhaohui Yang;Xingchong Chen;Jiada Guan;Wansheng Pei;Tao Luo
  • 通讯作者:
    Tao Luo
Hysteretic behaviors of pile foundation for railway bridges in loess
黄土铁路桥梁桩基滞回特性
  • DOI:
    10.12989/gae.2020.20.4.323
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Geomechanics and Engineering
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Xingchong Chen;Xiyin Zhang;Yongliang Zhang;Mingbo Ding;Yi Wang
  • 通讯作者:
    Yi Wang
多年冻土区桥梁抗震研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    兰州理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张熙胤;陈兴冲;高建强
  • 通讯作者:
    高建强
场地地震反应分析研究现状及展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    防灾减灾工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于生生;张熙胤;陈兴冲;王义;王万平
  • 通讯作者:
    王万平

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其他文献

考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2020.04.018
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘正楠;陈兴冲;张永亮;丁明波;张熙胤
  • 通讯作者:
    张熙胤
FVD与FPB在大跨长联减隔震体系梁桥中的联合作用机理研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    地震工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘正楠;陈兴冲;张永亮;丁明波;张熙胤
  • 通讯作者:
    张熙胤
少筋混凝土重力式桥墩抗震研究现状
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    世界地震工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁锦华;陈兴冲;丁明波;张熙胤
  • 通讯作者:
    张熙胤
少筋混凝土重力式桥墩抗震性能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    鲁锦华;陈兴冲;丁明波;张熙胤
  • 通讯作者:
    张熙胤
塑性铰区纵向配筋率变化对重力式桥墩抗震性能的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    鲁锦华;陈兴冲;丁明波;张熙胤;马华军
  • 通讯作者:
    马华军

其他文献

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张熙胤的其他基金

考虑多年冻土场地效应的桥梁地震易损性及抗震设计方法研究
  • 批准号:
    52068045
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    35 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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