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．     

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     

沉管隧道地震响应分析的等效质点系模型探讨

条装地下结构如隧道、各种埋设管道等一般可看作弹性地基梁进行静力及动力分析。在地震条件下,结构与土相互作用,但土的振动成为主要因素。为分析土的地震响应需把基土这一三维连续体作简化处理,简化成为等效多质点模型。本文着重探讨这种简化模型的建立方法,推导等效方法,通过几种简化体系的分析比较,论证单质点串体系的合理性,并将其应用到广州黄沙－芳村珠江水下隧道工程的地震响应分析,为抗震设计提供依据。     

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.     

不同地基模型对土与结构相互作用体系随机响应的影响

应用弹簧、阻尼体系模拟半无限地基的动力阻抗特性，建立上部结构-基础-地基耦连体系的运动方程，在此基础上考虑不同地基模型对结构响应的影响，进行了土与结构相互作用线性体系随机地震响应分析，并通过算例分析其影响程度。     

土层隧道动力分析

考虑土与隧道体的相互作用，忽略结构惯性力，根据反应位移法，将隧道设计过程中各种动荷载（包括地震和爆破荷载）形成的地震波引起的隧道周围的土体位移作为荷载，通过弹簧作用于支护结构体上，推导出较为简单实用的公式来计算隧道在地震中的纵向和弯曲荷载，并讨论了其设计中的塑性问题。     

液化侧扩地基中桩基的有限元分析

运用ANSYS有限元分析软件,建立桩基在侧向荷载作用下的有限元计算模型．考虑桩土共同工作的非线性关系．对土弹簧单元施加侧向位移模拟在液化侧扩地基中,土体产生的侧向位移以及液化侧扩地基中的桩进行非线性有限元分析．合理地解释了地震液化引起地面大位移,对桩基产生破坏的实际震害情况．     

隧道在纵向地震作用下的动力响应分析

为了探讨盾构隧道结构在纵向地震动力作用下盾构管片的振动特性。通过将土-结构相互作用简化为等效刚度弹簧建立了模型,并推导了结构在地震作用下的运动方程。然后利用中心差分法求解所得到的运动方程,求得每段管片在不同时刻的位移。进一步研究了土-结构剪切系数、地震纵波速度和结构连接刚度3个因素对隧道盾构管片位移的影响。计算结果表明,随着土-结构之间剪切系数增大,管片最大位移随之增加,结构之间的相对位移减小。而降低结构之间的连接刚度后,土-结构之间的相对位移减小。波的传播速度越小,结构与地层之间相对位移越大,易导致滑移现象出现。因此,选取具有较快波速的坚硬地层、提高土与结构之间的剪切力以及设置合理的抗震缝距离将有助于增加结构的抗震性能。     

相互作用体系的随机临界地震响应分析

运用等效线性化方法分析了地基土－非线性单自由度结构相互作用体系的随机临界地震激励和随机临界地震响应，并针对一个单自由度水塔结构进行了具体的数值计算，选择方差相同的过滤白噪声随机地震动作为输入，计算了该体系的随机地震响应，并验证了随机临界地震响应分析法的实用性．     

双线隧道联络通道地震响应的并行数值分析

以上海某大型双线隧道为例，考虑隧道地基的动态接触作用，建立了隧道 联络通道 地基系统的大型三维有限元模型，采用接触均衡的显式并行计算方法在上海超级计算机曙光5000 A上完成计算，解决了计算量大的问题，分析了联络通道处结构及变形缝在横向和纵向水平地震激励下的动态响应，结果可为联络通道和变形缝设计提供参考.     

晃动分量对储罐地震响应的影响研究

基于Haroun模型,考虑罐壁液固耦联及罐体的平动和转动,将储罐体系简化为三质点体系力学模型,罐内液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量,通过时程分析法计算储罐的地震响应,并与不考虑液体晃动分量影响的两质点体系的地震响应进行对比,分析晃动质量对储罐抗震的影响。以系列储罐为例,分析两种体系不同场地储罐的地震响应。结果表明：通过两质点体系模型计算的基底剪力和基底弯矩与三质点体系的计算结果相差不大,实际工程中,可以按照两质点进行计算分析;按照三质点体系模型进行计算能够得出液体的晃动波高,利于分析液体晃动对浮顶产生的影响,因此在进行储罐抗震计算时,将储罐简化为考虑液体晃动分量的三质点体系力学模型便于分析晃动效应。     

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...     

土层隧道动力分析

考虑土与隧道体的相互作用,忽略结构惯性力,根据反应位移法,将隧道设计过程中各种动荷载(包括地震和爆破荷载)形成的地震波引起的隧道周围的土体位移作为荷载,通过弹簧作用于支护结构体上,推导出较为简单实用的公式来计算隧道在地震中的纵向和弯曲荷载,并讨论了其设计中的塑性问题。     

考虑土-结构相互作用的车桥系统耦合振动分析

列车提速加剧了车桥系统的耦合振动，为此结合天津轻轨工程分析了考虑土一结构相互作用（SSI）效应的车桥系统的耦合振动．分别建立了考虑SSI效应和不考虑SSI效应（即墩底固接）的车桥系统耦合振动的分析模型．在车桥系统模型中，建立了27个自由度的车辆模型；在桥梁模型中采用空间梁单元进行模拟；在考虑SSI效应中，以弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，将群桩基础等效简化为弹性地基梁．对天津轻轨工程一座四跨预应力混凝土连续刚构桥的数值仿真分析结果表明，考虑SSI效应，对桥梁结构的横向和扭转角位移响应影响显著，而对桥梁结构的竖向和纵向位移响应影响不大，其中横向位移最大增幅达90％，扭转角最大增幅接近38％．可见，处于地基软弱地区的铁路桥梁，SSI效应会对车桥系统的耦合振动产生不容忽视的影响．     

变压器-套管体系地震响应的简化计算

地震响应不仅会加大变压器-套管体系的整体摆动,还会引起很大的顶部位移,这些因素均有可能造成套管的断裂破坏。为了合理反映地震作用下变压器-套管体系的振动机理和套管与变压器箱体之间的动力相互作用,快速而可靠的求出套管地震响应,基于振动台试验和有限元分析结果,通过将上部瓷质套管与根部法兰的连接以及箱壁面外刚度对升高座的约束作用等效为转动弹簧,建立了变压器-套管体系的带转动弹簧的3自由度简化模型,根据简化模型针对两处等效弹簧的转动刚度进行参数化分析,研究了弹簧刚度对套管响应的影响。结果表明:简化计算的地震响应和振动台试验实测数据基本吻合,验证了简化模型的有效性。研究结果为变压器结构的初步设计提供参考。     

基于弹簧质点模型的织物变形仿真技术

讨论了一种基于弹簧质点模型的织物变形仿真技术，并提出了一种变形约束技术．在建立弹簧质点模型的基础上，通过受力分析得到织物变形的动力学方程，采用Runge-Kutta算法结合变形约束求解其方程，实现了织物变形仿真．用很少的运算时间取得了满意的仿真结果，证明了本弹簧质点模型的实时性．     

框架参与箱基共同工作时等效刚度的衰减规律

基于框架结构、箱基和地基土三者共同工作的空间受力体系，用能量法建立了上部框架结构参与箱基共同工作时等效刚度的通用计算模型．并根据势能等效的原则提出了“比例矩阵法”，推导了反映上部结构各层刚度在共同工作体系中发挥作用大小的刚度贡献系数解析表达式．揭示了上部框架结构某层的刚度贡献值随着层位的升高而衰减的若干基本规律．     

隧道对地上建筑物地震反应影响的研究

为了研究隧道时地上建筑物地震反应的影响,构建了结构—基础—土—隧道体系动力相互作用的非线性完全有限元计算模型,对筏片基础、桩筏基础相互作用体系进行了时城内数值分析。     

地层塌陷区段埋地管道变形与应力分析

已有文献都是基于Winkler地基梁模型来研究塌陷以及悬空等对管道安全的影响,还没有采用其他力学分析模型的报道．分别采用Winkler和理想弹塑性地基梁模型,研究地层塌陷对管道安全的影响．建立了管土相互作用的几何大变形力学分析模型,采用非线性理论对力学模型求解．分析结果表明：在管道的屈服应力较小的情况下,为简化工程计算可采用Winkler模型计算临界塌陷区长度,较弹塑性模型简单,便于工程应用;当地层塌陷区长度较小时,为简化计算可采用Winkler模型分析管道的变形与应力;弹塑性模型可忽略土弹簧刚度对管道分析结果的影响,而Winkler模型则要考虑土弹簧刚度对其的影响．给出了使管道失效的临界地层塌陷区长度,所得结果可供工程设计参考．     

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.