黄浦江过隧道的动力抗震分析

借鉴日本东京湾的隧道分析方法,提出了适合本课题的隧道分析的计算模型,即用等效质量－弹簧系统代替地基切片,隧道用能承受剪力、弯矩和轴力的梁代替。数值仿真表明,隧道与风井接头处的轴力、角位移、剪力较大。如果总体设计允许的话,建议各段隧道的长度不宜相差太大,以减小地震波作用下隧道接头的动力相对位移和内力。     

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.     

偏心堆载引起的盾构隧道横向受力理论计算

针对隧道邻域内偏心堆载工况导致隧道破坏,考虑偏心堆载和盾构衬砌环间作用力的影响,基于修正惯用法,推导出衬砌围压和内力(弯矩、轴力、剪力)的计算公式。通过算例分析,研究堆载数值、堆载位置和隧道埋深对隧道衬砌围压和内力的影响规律。研究结果表明:偏心堆载会使隧道衬砌围压产生不对称分布,其中加载侧的围压大于非加载侧的围压,最大围压出现在加载侧的下方;偏心堆载对加载侧的弯矩和剪力影响较大,对轴力影响较小;随着堆载载荷不断增大,衬砌围压和剪力整体不断变大,零剪力的位置不变;随着堆载中心偏移距离变大,衬砌围压和弯矩不断减小;随着隧道埋深增大,衬砌围压和轴力变大,堆载对隧道产生的附加应力减小。     

锚杆剪切过程中的受力机理分析

为了分析锚杆抗剪力及所受轴力随剪力变化规律,以节理岩体中的锚杆为研究对象,基于经典梁理论和最小余能变分法,推导了锚杆轴力随剪力变化的理论公式,提出了锚杆抗剪力计算方法.分析了围岩抗压强度、锚杆直径对锚杆轴力与剪力,以及由轴力与剪力换算得到的锚杆抗剪力的影响.研究结果表明:增大围岩抗压强度及锚杆直径,使锚杆轴力随剪力的增长速率降低;增大围岩抗压强度通过剪力部分提高锚杆抗剪力,而增大锚杆直径通过剪力和轴力共同提高锚杆抗剪力;围岩抗压强度增大使锚杆最优倾角略有增大,直径的变化对锚杆最优倾角没有影响,分析可知倾角为90°～120°时,锚杆抗剪力最大.     

考虑接触非线性的盾构隧道纵向分析模型及其应用

盾构隧道环缝接触状态与传递的内力有关,但传统盾构隧道结构分析模型不能考虑轴力、剪力、弯矩共同作用下的环缝接触非线性。提出了一种考虑3种内力共同作用下接触非线性的盾构隧道纵向分析模型,并据此对汕头湾盾构隧道穿越蠕滑断层的力学行为进行分析。研究发现：①当考虑纵向接头同时传递轴力、剪力、弯矩时,其传力作用可等效为考虑轴向和弯曲刚度折减的梁,其折减系数与位移偏心距有关;②汕头湾盾构隧道在蠕滑作用下的力学分析表明,纵向接头接触非线性对结构内力影响较大,忽视非线性的影响可能带来1.4~3.3倍的误差。研究成果可用于蠕滑断层位错等复杂荷载作用下的盾构隧道纵向力学行为分析。     

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。     

曲率半径对小净距超大断面隧道地震响应的影响

为揭示不同曲率半径对小净距超大断面隧道地震响应特征的影响,以长乐龙门隧道为研究对象,分别建立曲率半径为400、 600、 800、 1 000和∞m的模型.结果表明,在横向和纵向地震的作用下,曲率对小净距超大断面隧道地震响应有较大影响.受曲率半径的影响,隧道左右洞凸侧(右侧)的内力均大于凹侧(左侧),且随着曲率半径的减小,右侧内力与左侧内力的差距增大.此外,曲线隧道拱顶和仰拱处的弯矩、剪力均随着曲率半径的减小而增大,而拱脚处的弯矩、剪力、轴力则均随着曲率半径的减小而减小.位移受曲率半径影响较小,变化幅度不超过1%.因此,隧道抗震设计时应考虑隧道曲率半径的影响.     

隧道盾构施工对临近桩基影响的数值模拟

以上海轨道交通7号线隧道盾构施工为工程背景,将隧道盾构施工过程简化为4个典型阶段.采用岩土工程数值分析软件,侧重于隧道衬砌完成后短期内软土不排水的状态,通过应力释放系数法与注浆等代层变刚度法相结合,实现盾构施工的二维动态仿真模拟,分析盾构施工对临近桩基的轴力、剪力、弯矩和位移的影响.该简化较真实地反映隧道盾构施工的实际情况,并可以得到比较真实的数据.     

水平荷载下底部框架的内力计算方法

为研究水平荷载下底部框架砖房的底部框架力学性能,对400个考虑上部砌体影响的底部框架进行有限元分析,考察了底部框架梁柱线刚度比和托梁高跨比对水平荷载下,底部框架托梁梁端弯矩与框架柱顶端弯矩比值、托梁梁端轴力与框架柱剪力比值、托梁梁端剪力与框架柱轴力比值;底部框架柱的反弯点和剪力分配的影响规律,以及托梁的内力分布.结果表明:与纯框架相比,考虑上部砌体影响时的框架托梁梁端弯矩和剪力均较小,梁端轴力较大.基于底部剪力法,给出了考虑上部砌体影响的水平荷载下该类建筑的底部框架内力计算方法.     

膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应数值模拟研究

富水板岩地层的膨胀问题一直是地下工程领域亟待解决的难点问题.以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道出现的膨胀问题为出发点,利用MIDAS/GTS软件建立二维平面应变非线性对称计算模型,将已取得的基于时间效应的富水板岩隧道围岩膨胀本构模型导入至MIDAS/GTS软件中,研究膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应机制.结果表明:板岩在膨胀作用过程中,围岩膨胀力成为影响支护结构内力的主要荷载,由于膨胀力的存在,拱脚处的轴力、剪力、弯矩和仰拱跨中弯矩、轴力均会显著增加;围岩在膨胀过程中,与支护结构密贴的围岩附近会产生明显的塑性区,塑性区主要集中在隧道仰拱以下区域和拱顶附近环形区域内,仰拱以下塑性区层次明显;塑性区的分布范围和隧道支护结构的位移之间呈正相关性.     

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．     

类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解,考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响,推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式,将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型,对比本文计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高,验证了本文计算方法的正确性;随着类矩形盾构隧道掘进,邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大,在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定;邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小,沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

非线性悬架动力学数值模拟和性能评价

介绍了采用Runge—Kutta法求解二阶微分方程组的方法，并用于悬架系统弹性元件、减振元件非线性的5自由度车辆动力学系统的求解．对简化的非线性和线性两种车辆动力学系统情况进行了建模和仿真，表明采用等效线性法的系统性能评价产生较大的误差．对于目前汽车悬架系统广泛采用的非线性弹性元件和减振元件，必须采用非线性技术对系统进行分析与评价．介绍了自主开发的非线性悬架车辆动力学系统数值模拟和性能评价软件．     

软土地层中隧道开挖引起的地面沉降

分析了隧道开挖引起的地面沉降利用半解析元法在轴向离散而在环向和径向建立位移函数,从而将三维隧道问题简化为一维数值计算     

大直径矩形顶管开挖面极限支护力计算方法

为进一步研究大直径矩形顶管开挖面稳定性,通过建立实际工程地质数值模型,对大直径矩形顶管发生主动极限破坏时开挖面前方土体的破坏区域进行简化;基于破坏模式,改进现有的楔形体计算模型,推导矩形截面主动极限支护压力的计算方法;将该方法得到的极限支护力值与实际工程计算结果进行对比验证合理性,继而进行影响因素敏感性分析。结果表明：提出的梯形楔形体计算模型与数值模拟结果相近,且优于等效截面计算结果,可见本项研究能够为大直径矩形顶管在土层中顶进时的确定合理的支护压力提供依据。     

非饱和全空间埋置隧道动力响应半解析模型

将非饱和地基土视为由固、液、气组成的三相介质,圆形隧道衬砌简化为无限长的Flügge薄壁圆柱壳,分别采用Helmholtz矢量分解定理以及分离变量法求解非饱和地基土的波动方程和Flügge薄壁圆柱壳的振动控制方程。结合位移和应力连续性等边界条件,建立移动简谐荷载下非饱和地基土中埋置隧道动力响应的半解析模型。基于该模型,探讨了非饱和地基土-隧道系统的动力响应特征及饱和度对系统动力响应的影响。结果表明,饱和度对土体的动位移、动应力、超孔隙水压力及土体临界速度等影响较大,计算时应考虑饱和度的影响。     

考虑钢框架节点局部断裂的滞回模型

在杆端多弹簧弹塑性模型中引入了断裂机制 ,采用根据J积分撕裂模量法建立的判别裂纹失稳的失效评定图设定模型参数 .通过和有关试验结果的比较 ,验证了建立的模型及算法可以充分反映局部断裂后节点滞回性能的主要特点 .根据若干算例结果 ,归纳出适用于整体结构分析的考虑节点局部断裂的非线性弹簧模型     

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象 ,建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的NewWave模型描述随机波浪 ,借助非线性弹簧模拟平台结构的桩—土之间的相互作用 ,综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素 ;同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计 ,大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析 ,给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤 ,并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明 ,风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时 ,能够兼顾模型复杂程度和计算效率 ,这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。     

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。     

非线性弹簧支承悬臂转子系统的动力仿真分析

基于非线性钢缆弹簧双线性迟滞模型描述方法，采用仿真分析，对非线性钢缆弹簧支承悬臂转子系统各主要参数与其动力性能的关系进行了研究，得出了其动力性能随系统参数变化的规律，为非线性钢缆弹簧支承立式冲击破碎机设计提供了理论依据。所得出的规律亦可供设计其它非线性钢缆弹簧支承转子系统及有关非线性转子系统时参考。