【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程和岩土工程，具体涉及一种近跨断层地震多点激励桩土作用简化等代模型。
技术介绍
1、在地质活动频繁的区域，桥梁建设面临着严峻的挑战，尤其是当桥梁需近临或跨越活动断层时，地震动对桥梁结构的影响变得尤为复杂且难以预测。现有的公路和铁路抗震规范中，虽然推荐避让断层造桥，但在实际工程中，由于地形地貌的复杂性和建设需求的紧迫性，完全避让活动断层往往难以实现，因此近临及跨断层修建桥梁成为必然选择。
2、然而，当前的技术体系在处理这类桥梁的抗震设计时存在显著不足。首先，近临及跨断层地震动具有强烈的空间变异性，传统的单点激励模型无法准确模拟这种地震动特性，导致桥梁结构的抗震性能评估存在偏差。其次，桩-土相互作用在地震作用下的模拟极为复杂，涉及到土体的非线性行为、动力边界条件以及远场土动力效应等多个方面，现有模型往往难以全面考虑这些因素，从而影响了模拟结果的准确性和可靠性。此外，尽管近年来桩土相互作用模型得到了广泛应用和发展，但针对近临断层或跨断层桥梁的综合性力学模型仍然缺乏。这些模型需要既能考虑地震动的空间变异性，又能准确模拟桩-土相互作用以及远场土动力效应，而现有的模型大多侧重于某一方面，无法满足综合模拟的需求。
3、因此，需要一种跨断层地震多点激励桩土作用简化模型来解决上述技术问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术设计了一种跨断层地震多点激励桩土作用简化模型及参数确定方法，该模型通过综合考虑地震动的空间变异性、桩-土相互作用的复杂
2、为了达到上述技术效果，一方面，本专利技术提供了一种跨断层地震多点激励桩土作用简化模型，包括：主梁、桥墩、群桩、基础弹簧、粘弹性边界、大质量点；所述主梁的下端固定连接若干桥墩，桥墩的下方来连接群桩，群桩由中间桩基和周围桩基组成，周围桩基连接在中间桩基的外侧并且采用土弹簧进行连接，周围桩基之间通过基础弹簧连接粘性边界，群桩底部为最大质量点；
3、进一步的，所述基础弹簧为近场土弹簧和远场土弹簧串联而成；
4、另一方面，本专利技术公开了一种跨断层地震多点激励桩土作用简化模型的建立方法，包括以下步骤：
5、s1：建立地处近/跨断层区域桥梁-桩基础一体化有限元模型；
6、s2：近场土体的桩土相互作用等效为弹簧连接群桩，忽略群桩效应；
7、s3：远场土体的桩土相互作用等效为弹簧连接周围群桩的弹簧，形成远场土弹簧-近场土弹簧串联；
8、s4：群桩底部耦合至大质量点；
9、第三方面，本专利技术提供了一种跨断层地震多点激励桩土作用简化模型参数的确定方法，包括以下步骤：
10、s11：基于建立好的激励桩土作用简化模型，设置近场土体刚度为kps，远场土体刚度ks，其则等效刚度k为：
11、
12、式中，kps为近场土体刚度，ks为远场土体刚度。
13、s22：确定切向边界处，弹簧单元和阻尼单元的力学参数，其计算公式为：
14、
15、式中，为kbt切向弹簧的刚度系数，cbt为切向阻尼器的阻尼系数，αt为粘弹性边界的修正系数，且取值范围为[0.5，1.0]；g为地基剪切模量，r为波源至粘弹性人工边界的距离，ρ为地基密度，cs为地基的剪切波速；
16、s33：确定法向边界处，弹簧单元和阻尼单元的力学参数，其计算公式为：
17、
18、式中，kbn为法向弹簧的刚度系数，cbn为法向阻尼器的阻尼系数，αn为粘弹性边界的修正系数，且取值范围为[1.0，2.0]；g为地基剪切模量，r为波源至粘弹性人工边界的距离，ρ为地基密度，cs为地基的纵波波速；
19、s44：将群桩底部全部耦合到大质量点，便于多点激励，其运动方程为：
20、
21、式中，xt和us分别表示上部结构和地震激励点的绝对位移矢量；m，c，和k分别代表质量、阻尼和刚度矩阵；下标nn，ss和ns分别代表上部结构、支撑及其耦合项的自由度；rm表示支撑点处反作用力的矢量。
22、本专利技术的有益效果是：
23、首先，本专利技术通过建立基于桩基础-土体相互作用的多点激励模型，综合考虑了地震动的空间变异性，克服了传统单点激励模型的不足。该模型能够更精确地反映跨断层桥梁所受的复杂地震动，提升了桥梁抗震分析的精度。在现有模型中，复杂的桩-土相互作用常导致计算量巨大且难以收敛。本专利技术将近场土体和远场土体的相互作用等效为串联弹簧模型，显著简化了计算过程。同时，采用大质量点耦合模型，使得多点激励计算更加高效，减少了计算资源的占用。
24、另外，本专利技术的模型不仅适用于一般场地，还专门考虑了桥梁近临断层或跨断层区域的特殊地质环境。该模型的参数确定方法能够根据现场土体特性和地震波传播路径进行自适应调整，保证模型的广泛适用性。通过精确计算近场土刚度与远场土刚度的等效刚度，并使用粘弹性边界修正系数对边界弹簧和阻尼进行校正，本专利技术实现了对复杂土体动力行为的精确模拟。这些改进提高了模拟结果的可靠性，为桥梁抗震设计提供了更加稳健的技术支撑。
25、本专利技术的运动方程综合考虑了上部结构、桩基础与地震激励点之间的相互作用，确保了模型的系统完整性。该方法不仅能用于整体桥梁的抗震分析，还可用于局部结构的精细设计，满足不同尺度抗震设计的需求。本专利技术通过简化模型和优化计算方法，减少了对高成本传感器设备和复杂现场试验的依赖，为工程实践中的桥梁抗震设计提供了高性价比的解决方案。同时，模型参数的标准化方法使工程师能够快速确定设计参数，提高了工程效率。
26、综上所述，本专利技术的跨断层地震多点激励桩土作用简化模型及参数确定方法，显著提升了桥梁抗震分析的准确性、效率和可靠性，具有重要的理论价值和工程应用前景，为桥梁跨断层抗震设计领域提供了创新性的解决方案。
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1.一种近跨断层地震多点激励桩土作用简化等代模型，其特征在于，包括：主梁、桥墩、群桩、基础弹簧、粘弹性边界、大质量点；所述主梁的下端固定连接若干桥墩，桥墩的下方来连接群桩，群桩由中间桩基和周围桩基组成，周围桩基连接在中间桩基的外侧并且采用土弹簧进行连接，周围桩基之间通过基础弹簧连接粘性边界，群桩底部为最大质量点。
2.根据权利要求1所述一种近跨断层地震多点激励桩土作用简化等代模型，其特征在于，所述基础弹簧为近场土弹簧和远场土弹簧串联而成。
3.如权利要求1-2任一项所述跨断层地震多点激励桩土作用简化模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求1-2任一项所述跨断层地震多点激励桩土作用简化模型的参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种近跨断层地震多点激励桩土作用简化等代模型，其特征在于，包括：主梁、桥墩、群桩、基础弹簧、粘弹性边界、大质量点；所述主梁的下端固定连接若干桥墩，桥墩的下方来连接群桩，群桩由中间桩基和周围桩基组成，周围桩基连接在中间桩基的外侧并且采用土弹簧进行连接，周围桩基之间通过基础弹簧连接粘性边界，群桩底部为最大质量点。
2.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：康炜，贾宏宇，戴胜勇，张宇，赵健业，钟亚伟，郑史雄，曾永平，陶奇，刘力维，谢明志，黄胜前，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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