土-海底沉管隧道体系三维地震响应分析

以港珠澳大桥工程中大型海底沉管隧道为工程背景,根据工程场地土层地质实际分布情况,建立了沉管隧道上方无回淤土和有回淤土两种计算条件下的土-沉管隧道体系的大型三维精细化有限元计算模型.在计算模型中考虑了沉管接头非线性、土与隧道间的接触非线性和土层介质非线性等特征.采取直接从基岩面输入一致地震和地震行波两种激励方式,运用动力显式算法对土-沉管隧道体系进行地震响应分析.数值结果表明,回淤土体减小了模型的自振频率,增大了隧道的地震响应;不同地震波激励形式和激励方向对隧道接头的相对变形和管节内力响应的影响不容忽视.     

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.     

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。     

地震作用下沉管地基砂土液化可能性研究

地震时饱和砂土的液化造成了许多建筑物的破坏,规划中的京沪高速铁路南京上元门越江工程穿越Ⅶ度地震区,如果采用隧道方案,由于隧道洞身及洞底主要穿越粉细砂层,在地震作用下极易液化.针对上元门地区的具体情况,分析了地震作用下地基的液化机理,通过理论计算和分析试验数据给出了地震作用下沉管隧道3个典型断面的地基砂土液化深度.指出覆盖层较薄的江中段砂土液化深度将达到隧道底下1.5m处,可能造成隧道地基整体失稳,需进行加固处理,本文结论可为沉管的设计施工提供参考.     

深水超长沉管隧道接头及止水带地震响应研究

依托港珠澳沉管隧道工程,建立了3维实体连续有限元模型,对这条深水超长沉管隧道在地震作用时接头处的内力和位移情况以及止水带的压缩与变形进行了详细的模拟与研究,重点分析了地震作用时沉管隧道接头处的相对位移(包括管节接头和节段接头)、管节接头处GINA止水带的变形,为施工和运营期的安全与维护提供必要的指导和依据.     

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.     

地震作用下沉管隧道节段接头剪力键的力学性能

基于有限元法结合黏弹性人工边界，将地震波输入转化为等效节点力，建立了基于波动理论的三维平面SV波入射方法.半空间算例证明了SV波入射方法及其数值实现的准确性，并在该地震波输入方法的基础上，考虑上覆海水对沉管隧道的静、动水压力，研究了港珠澳大桥沉管隧道节段接头剪力键的力学性能.研究结果表明:水平地震作用下也会产生竖向加速度，但竖向加速度值较小；地震作用下剪力键受力最大的是压应力，拉应力相对较小；剪力键拉应力主要集中在剪力键与沉管主体连接的部位，该处易产生拉伸裂缝，水平剪力键的破坏形式主要是拉伸破坏；接头剪力键的布设方向决定了剪力键根部的剪力分布，绝大部分剪力被布设方向和节段位移方向相一致的剪力键所承担.     

沉管隧道的ANASYS三维有限元分析研究

随着社会经济的发展和交通的日益发达,越来越多的水下隧道走入人们的生活,采用沉管法修建水下隧道是一种常用而且先进的施工技术方法。近几年,在国内和国际上采用这种方法的水下隧道越来越多,在设计沉管隧道时,需考虑结构的样式、施工方法、水文地质情况等诸多因素。文中结合广州黄沙至芳村珠江水下隧道工程的工程实例,介绍了基于大型通用有限元软件ANASYS的沉管隧道的三维有限元模拟分析。根据从实际工程中提取的资料和数据,首先对沉管隧道周围(如水、土等)的介质进行了相互作用关系和力学分析的研究,并对其进行了基础理论计算,然后以计算结果为依托,通过建立模型、进行网格的划分、荷载和边界条件的约束和施加对沉管隧道进行数值仿真模拟,从而得到准确合理的分析结果。通过分析结果中的应力、应变图形可以直观的判断出沉管隧道的应力和应变分布情况,从而知道沉管隧道结构容易变形和破坏等的部位和破坏机理,以便于对沉管结构的设计与研究,并为以后的沉管隧道设计研究工作提供参考。     

沉管隧道接头三维非线性刚度力学模型

根据沉管隧道接头的构造特征,在接头静力平衡关系的基础上,建立了沉管隧道接头力学模型.该模型可以计算接头的轴向位移、切向位移以及转角,考虑了沉管隧道接头变形协调几何关系、GINA止水带和OMEGA止水带的应力-应变关系,并依据剪力键的相对位移对接头处不同工作模式进行了识别与划分.对不同工作模式下剪力键的受力作用机理进行了分析.利用此计算模型,得到了沉管隧道接头的位移和力的关系曲线,并对沉管隧道接头处不同构件的材料选取给出了建议.     

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.