冻土层对桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响研究

徐振江,张熙胤, 管嘉达,于生生,孙斌洁,张益舶

(兰州交通大学 土木工程学院,甘肃 兰州 730070)

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冻土在我国分布广泛,其中季节性冻土面积约占我国领土总面积的53.5%,主要分布在西北、东北和华北地区[1]。随着国家西部开发和东北振兴等发展战略的持续推进,我国西北和东北季节性冻土区建设了大规模的线性工程,其中包括哈大、哈齐和兰新等高速铁路以及川藏铁路等。桩基础桥墩由于沉降量小、承载力高以及对冻土热扰动小的优势而被广泛应用于冻土区的公路和铁路桥梁建设中[2-3]。同时,我国季节性冻土区存在许多大而密集的地层活动断裂带,地震频繁发生,如1986年5.5级德都地震、2010年7.1级玉树大地震[4]和2021年7.4级玛多大地震[5]等。当季节性冻土区发生地震时,桩基础桥墩的地震反应将受到季节冻土层的显著影响,从而导致桩基础桥梁的破坏及破坏机理发生变化。已有研究发现季节性冻土层的存在会改变场地土层的动力特性,对地震引起的地面运动将产生显著影响[6],给季节性冻土区桥梁的抗震设防带来困难。

大量研究表明桩基础桥墩的地震反应在有无冻土情况下具有显著区别,建议抗震设计中考虑冻土层的影响[7]。VAZIRI等[8]和HAN等[9]通过在模型桩的顶部施加水平激振力,发现季节性冻土层在厚度不足0.5 m的情况下亦能显著影响桩基的地震响应。SULEIMAN等[10-12]以季节性冻土区的公路桩柱式桥墩为研究对象,探究了季节性冻融对桥墩-基础-土体系在横向载荷作用下响应的影响,结果表明随着季节性冻土层厚度的增加以及土体温度的降低,桩基础桥墩的刚度有明显提高,桩基础的塑性区长度减少,并且会改变最大弯矩出现的位置。……