在地震激励下动水压力对沉管隧道的影响

考虑粘-弹性人工边界、土壤的非线性及流-固耦合作用,建立了沉管隧道-土壤-流体(水)相互作用的力学模型,采用Newmark算法,对沉管隧道在地震激励下的响应进行分析.分析了不同地震激励以及不同水深条件下沉管隧道结构的应力变化.研究了动水压力对沉管隧道的影响.结果表明:在只考虑水平方向地震激励时,动水压力对沉管隧道的作用影响较小,在分析时可以忽略动水压力的作用;在含有竖直分量的地震激励下,动水压力对沉管隧道的应力有较大影响,在分析沉管隧道的地震响应时,应该考虑竖向地震的作用;由于动水压力的作用,沉管隧道的最大应力位置会发生变化.结果可用于运行条件下沉管隧道的动力特性以及损伤产生发展机理的研究.     

珠江水下沉管隧道的抗震分析与设计（Ⅰ）——时程响 …

研究沉管隧道在地震条件下整体受力的分析方法，分两步建立计算模型。第一步通过分析场地地基土切片的动力特性。根据等效原则将其化为等效单质点体系，然后在纵向用等效弹簧连接而成为多质点体系的地基土计算模型，第二步将隧道看作弹性地基梁与上述多质点体系通过等效弹簧连结而得到土－隧道体系的计算模型。本文结合广州黄沙－芳村珠江水下隧道工程实例建立了具体的计算模型并对多种不同的约束条件，进行了纵向与横向地震响应时程     

珠江水下沉管隧道的抗震分析与设计(Ⅰ)

研究沉管隧道在地震条件下整体受力的分析方法．分两步建立计算模型．第一步通过分析场地地基土切片的动力特性，根据等效原则将其化为等效单质点体系，然后在纵向用等效弹簧连接而成为多质点体系的地基土计算模型；第二步将隧道看作弹性地基梁与上述多质点体系通过等效弹簧连结而得到土—隧道体系的计算模型．本文结合广州黄沙—芳村珠江水下隧道工程实例建立了具体的计算模型并对多种不同的约束条件，进行了纵向与横向地震响应时程分析，为该隧道的抗震设计提供依据.     

珠江水下沉管隧道的抗震分析与设计(Ⅰ)──时程响应法

研究沉管隧道在地震条件下整体受力的分析方法．分两步建立计算模型．第一步通过分析场地地基土切片的动力特性．根据等效原则将其化为等效单质点体系，然后在纵向用等效弹簧连接而成为多质点体系的地基土计算模型；第二步将隧道看作弹性地基梁与上述多质点体系通过等效弹簧连结而得到土一隧道体系的计算模型．本文结合广州黄沙一芳村珠江水下隧道工程实例建立了具体的计算模型并对多种不同的约束条件，进行了纵向与横向地震响应时程分析，为该隧道的抗震设计提供依据．     

超长沉管隧道抗震设计及其关键性问题分析

在分析国内外沉管隧道抗震性能研究的基础上,以港珠澳大桥沉管隧道为背景,阐述了超长沉管隧道抗震设计与分析中迫切需要解决的4个关键性问题,即沉管隧道土体与结构相互作用的动力计算方法、非一致地震激励下超长沉管隧道地震响应分析方法、沉管隧道减震控制技术以及沉管隧道振动台试验模拟技术,并指出了沉管隧道工程抗震研究的几个方向.     

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构-土-海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律.计算结果表明:在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略.同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考.     

考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析

针对某陆上风电场1.5 MW风电塔结构,建立了"塔筒―基础―地基"整体三维精细有限元模型,研究土―结构相互作用对风机运转状态下风电塔结构地震动力响应的影响规律.在风机运转状态下,使用FAST程序把风速时程转化为风荷载时程输入模型,并使用EERA程序进行土层地震反应分析得到模型土层底部的地震波,作为地震激励进行输入,对风电塔进行模态分析并计算风电塔地震动力响应.研究表明,考虑土―结构相互作用效应会引起风电塔体系自振频率降低,并显著增加风电塔的结构动力响应.     

用多质点—弹簧模型研究沉管隧道土体地震响应

在质点-弹簧体系数学模型的基础上,结合有限元分析,提出了沉管隧道土体地震反应的离散化分析方法,并结合广州洲头咀隧道工程实例,采用人工合成基岩加速度时程,运用时程动力法分析了隧道底部土体表面的地震响应时程,并与剪切波速传播理论的计算结果进行了对比.结果表明,采用质点弹簧体系计算得出的土表峰值位移较大,分析认为是由于弹簧质点体系计算中阻尼比取值小于剪切波速传播理论中阻尼比取值所致,建议在实际使用中采用质点弹簧体系的计算结果,按照剪切波速传播理论的计算结果可作为参考.     

沉管隧道多尺度方法与地震响应分析

针对目前沉管隧道多质点-弹簧抗震简化分析模型的不足，如无法合理模拟沉管接头的细部构造及力学特征，提出了一种同时表征沉管隧道宏观整体响应和细观接头构造的多尺度分析方法，其中宏观多质点-弹簧-梁耦合模型用于描述沉管隧道结构与地层的动力相互作用以及宏观整体地震响应特征，细观精细化模型用于捕捉沉管接头的张合量、剪力键受力等动态演化规律。以广州某沉管隧道为应用实例，建立了相应的地震响应多尺度分析模型，综合考虑地震动输入方向、运营期环境温度变化等工况组合，研究了沉管隧道管节受力、接头变形、剪力键受力等地震响应特性以及关键因素的影响规律。结果表明，地震动输入方向随着与隧道轴向夹角的增加，结构剪力及弯矩明显增大，而轴力及接头变形随之减小，90°输入时峰值轴力的降幅超过了85%，而接头最大张合量仅为0°输入时的17%；环境温度变化对沉管隧道轴向受力及接头变形影响显著，降温导致接头最大张开量增加了约30%，并使隧道出现了接近峰值轴力60%的拉力。     

广州洲头咀沉管隧道地震响应研究

采用弹性地基梁理论计算了广州洲头咀沉管隧道的地震响应,在假定管段接头为刚接、铰接和半刚接3种工况下,计算了隧道在纵向和横向振动时的轴力、剪力和弯矩时程.结果表明:1)隧道的各种内力响应时程图形形状与输入地震波基本一致;2)采用刚性接头时的最大轴力、剪力和弯矩较其他两种工况更大;3)半刚性接头对于沉管隧道在地震作用下的轴力、剪力和弯矩力学性能均有一定改善,这与有关文献的研究结果是一致的;4)在采用半刚性连接时隧道的接头内力和转角均较大,在实际工程应用中如采用该种连接方式,建议进行地震作用下的接头内力和接头相对位移验算.     

装配式地下综合管廊抗震性能影响因素分析

地震作为影响城市地下构筑物安全的关键因素,研究地下综合管廊的抗震性能,提前采取抗震减灾措施,对提高当前地下综合管廊抵抗地震的性能具有重要的意义。通过采用线弹性单元简化管廊模型,对不同回填土体、管廊连接节点刚度及地震波方向等因素作用下管廊的地震响应进行研究,研究结果表明：(1)管廊周边回填土体对管廊的地震响应性能影响较大,且管廊两侧及顶部的土体基床系数对管廊地震响应不一致;(2)管廊节点刚度对结构地震响应影响较小,为确保节点处抗渗性能,建议采用柔性材料以承受管廊节点处位移。结合对不同因素对管廊地震响应的影响,提出了管廊结构的抗震减灾措施,为今后综合管廊抗震设计提供一定的参考。     

单舱地下综合管廊地震动力响应振动台模型试验研究

采用振动台模型试验方法,对EL-Centro地震波作用下单舱地下综合管廊结构动力响应、土体动力响应以及土-结构相互作用机理开展研究。模型试验依托某实际工程为原型,按照1:15的比例尺缩,设计振动台模型试验,输入不同峰值加速度地震波,以此获得管廊结构以及周边土体的动力响应规律。试验结果表明:土体与管廊结构在振动过程中相互制约,存在明显的土-结构相互作用,在强震作用下管廊侧壁和土体出现脱离的情况,单舱管廊结构的运动始终保持了较好的整体性;管廊周边土体由于受到管廊侧壁的约束作用,土体发生不均匀位移或相对位移,动土压力分布形式错综复杂,土拱效应明显;在横向一致地震作用下,管廊结构横向应变随着地震波输入峰值加速度的增强而增大,其中管廊结构中部截面变形最为明显,各截面角点处的变形位移最大,是管廊抗震设计中需要重视的关键部位。     

基于不同上覆岩层的浅埋隧道动力响应特性研究

利用Midas NX有限元数值模拟软件对浅埋隧道数值模型进行非线性时程分析,研究了在不同上覆岩层的情况下,岩层类型和地震波激振峰值对浅埋隧道加速度动力响应的影响。结果表明:在Ⅰ~Ⅴ类上覆岩层状况下,衬砌上各测点的放大系数大于1;不同上覆岩层对衬砌加速度动力响应均有放大效应;围岩条件越好,隧道抗震性能越强。在Ⅰ~Ⅲ类上覆岩层条件下,地震波激振峰值对隧道动力响应的影响比在Ⅳ及Ⅴ类上覆岩层条件下要大。     

双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响

地铁隧道的存在破坏了原有场地的完整性,进而在地震来临时影响场地的地震反应。为探讨双线地铁隧道建成后对场地地表水平地震动的影响,针对北京某一典型双线地铁隧道工程场地,建立三维非线性场地模型。采用自由场边界和应力时程地震波输入方式,运用有限差分数值分析软件FLAC~(3D)进行模型计算,分析了双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响。结果表明:1双线地铁隧道的存在使隧道附近场地地表地震动峰值加速度呈现先增大后减小并趋于自由场的趋势;2双线地铁隧道的存在主要影响场地加速度反应谱的短周期部分;3入射地震动频谱对双线地铁隧道的场地地震反应有着显著的影响。文中得出的影响规律,为双线地铁隧道附近场地的设计地震动参数确定提供参考依据。     

不均匀场地钢制波纹接头埋地管线地震响应

震害调查表明,地震作用下埋地管线主要发生轴向接头拔出破坏,提升接头变形能力可有效地减轻埋地管线地震破坏.提出一种柔性大变形钢制波纹接头,以土弹簧模型考虑管土相互作用非线性特征,考虑两种力学性能的场地土,采用有限元方法对不均匀场地下埋地管线进行地震响应分析.分别建立有波纹管接头连接和无接头埋地管线有限元模型,数值分析了不...     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

河谷地形对土层地震反应的影响

为了分析河谷对土层地震反应的影响,采用二维有限元法,对跨度500m的某河谷地形的土层进行地震反应分析. 为研究地震波传播过程对土层地震反应的影响,分析比较了一致地震输入和行波地震输入作用下土层线性和等效线性化地震反应的差异. 同时将有限元计算结果与层状土层的一维波动分析结果相比较,讨论河谷地形对土层地震反应的影响. 数值计算的结果表明:在水平地震输入作用下,由于河谷的存在,在河谷附近将会激起较大的竖向运动;与一致地震输入相比,在行波地震输入作用下,土层表面水平加速度反应减小,竖向加速度反应增大.     

地震作用下桩基的1/3次亚谐波共振分析

建立了均匀地基下桩基础的非线性运动方程。运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程。利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐波共振的一阶近似解。分析了频率比、剪切波速度及土层厚度等参数对地震惯性力和亚谐波共振幅频响应的影响,并通过与非共振硬激励情况对比分析1/3次亚谐波共振对系统实际动力反应的影响。研究结果表明:在软弱土层中,剪切波速度及土层厚度对地震惯性力影响显著;1/3次亚谐波共振区域对外激励幅值敏感;阻尼大于一定值后,系统将不出现1/3次亚谐波共振响应;1/3次亚谐波共振显著增大系统稳态动力响应位移。