预制地下综合管廊地震响应有限元分析

为揭示预制综合管廊在地震荷载工况下的薄弱部位及其受力、变形情况,以自卡式全预制地下连续墙综合管廊为研究对象,进行了地震响应三维有限元分析。结果表明：地震作用下,结构位移主要受土体影响,结构边角点动力响应强烈,顶板、底板动力响应强于侧墙;结构位移从下往上呈递增趋势,应力集中于边角、接头,凸墙纵筋受力明显,两侧墙纵筋轴力呈反对称趋势;加速度传播受介质影响,结构中加速度放大系数低于土体。     

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。     

地下综合管廊地震响应研究

通过动力方程的推导,提出在地下结构抗震分析中,位移时程输入可能是更好的选择.在此基础上,考虑多种因素,建立了三维地下综合管廊有限元模型,分析了其在地震作用下的响应特性.研究发现,在轴向地震动输人情况下,结构出现整体弯曲变形.另外边界以及接触面条件对结构应变影响较大.在结构考虑为弹性的情况下,自由边界较无限单元情况下的结构应变幅值明显偏小,相对误差最大可达123.3%,当不考虑土体与结构之间的相对滑移时,结构的应变增大幅度可以达1/3之多.最后对行波效应的影响进行了探讨.     

多舱组合预制拼装预应力地下综合管廊地震响应分析研究

为了探究多舱组合预制拼装预应力地下综合管廊在地震作用下的响应和表现,对其进行了“土-结构”相互作用的有限元分析。分析以四舱综合管廊为例,采用有限元动力时程分析的方法,对不同拼装形式的装配式综合管廊进行了对比分析,同时也对有无预应力钢绞线的拼装结构的应力和变形进行了研究。有限元分析结果表明：无预应力钢绞线的拼装结构在地震作用下的加速度和位移响应均大于整体结构;增设预应力钢绞线的左右拼装结构可以消除左右两结构之间的相对位移,同时也可以减少上下拼装结构之间的相对位移,有效增加了结构的整体性。分析对预应力装配式综合管廊在地震下的结构安全提供了研究依据,对地下综合管廊的进一步的发展应用提供了参考。     

装配式波纹钢综合管廊施工回填过程受力特性试验研究

装配式波纹钢综合管廊（Prefabricated Corrugated Steel Utility Tunnel,PCSUT）是一种新型管廊结构,为明确其施工回填过程结构受力特性,以河北省衡水市武邑县某多舱装配式波纹钢综合管廊工程为依托,选取了3个监测断面对回填过程中管廊综合舱及燃气舱的位移、应变、舱外土压力进行现场监测试验.结果表明：回填到综合舱拱顶时综合舱竖向位移及水平向位移相对较大,此时结构处于相对不利状态,回填到拱顶之后综合舱位移开始恢复;燃气舱由于其截面形状的特殊性,整体竖向位移值接近,水平向最大位移发生在拱腰位置;舱体应力可分解为弯矩引起的弯曲应力和轴力引起的轴向应力,设计计算过程须考虑弯矩和轴力的组合效应;管廊回填过程土-结相互作用明显,回填结束时舱外土压力沿拱轴线并非完全一致,其大小分布与主体结构相对于回填土体的位移状态有关.研究成果可全方面解释装配式波纹钢综合管廊施工回填过程受力特性,为后续研究、设计、施工提供案例支撑.     

地震作用下复合土钉支护边坡动力响应分析

采用大型有限元软件ADINA对复合土钉支护边坡进行地震响应分析.地震波输入选用常用的EL-Centro波,分析内容包括支护边坡位移、加速度、土钉、锚杆的轴力时程响应.在建立有限元模型时,考虑土体和支护结构相互作用;应用非线性静动力性能的弹塑性M-C模型模拟土体;采用双线形强化模型模拟支护结构;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.结果表明复合土钉边坡支护结构比纯土钉边坡支护结构有更好的抗震性能;普通土钉支护最大水平位移发生在边坡顶部,而复合型土钉支护发生在边坡的中上部,尤其是在施加了预应力之后,边坡在地震作用下位移明显减小;土钉和锚杆轴力在地震作用下放大显著,在滑移面附近轴力最大;位移和加速度沿着坡高逐渐增大.     

现浇管廊接头力学行为数值模拟与分析研究

承插式管廊接头是地下综合管廊接头的常用结构形式,其受力性能及破坏形式对工程设计和施工至关重要.利用非线性有限元软件ABAQUS建立土-地下综合管廊结构数值模型.将管廊划分实体单元,提取接头处结点的变形量及应力值,研究管廊及管廊周围土体的应力分布和变形规律,最后通过计算得出管廊接头处的延性系数及开裂荷载.通过数值模拟和理论计算分析得出管廊接头处存在的安全隐患及其潜在破坏模式,为解决接头处的防水问题和不均匀沉降问题提供理论参考.     

水泥土墙复合土钉墙的协同作用机理数值模拟

为进一步明确复合式支护结构间的协同作用机理,以水泥土墙复合土钉墙为研究对象,运用FLAC^3D有限差分软件建立三维模型.在分析工程实例基本作用规律的基础上,以水泥土墙水平位移为衡量指标,利用墙钉比进行数值模拟分析.结果表明:改变墙宽,当墙钉比为7.00%～12.00%时,最大水平位移明显减少;在墙钉比不变的情况下,水泥土墙在基坑边缘时,约束水平位移最为明显,后移影响土钉轴力的发挥;改变土钉倾角,当墙钉比为8.90%～9.20%时,位移明显减少,最大水平位移最小.因此,当墙钉比为8.00%～9.50%时,支护结构受力合理,协同作用效果最好.     

边坡土钉支护动力有限元分析

为了研究边坡土钉支护在地震作用下的动力特性和工作性能,运用大型有限元软件ADINA,对支护结构建立了整体三维有限元计算模型,并进行了动力有限元模拟分析,研究内容包括水平地震作用下支护结构的土钉轴力响应、位移响应、加速度响应.计算结果表明:(1)地震使每排土钉轴力增大,且每根土钉轴力最大处增幅明显;(2)地震没有改变边坡潜在滑移面的位置;(3)地震作用下,坡顶的水平峰值位移和峰值加速度最大,说明坡顶附近土层的地震响应最激烈,所受的地震力也最大,较容易发生破坏.这些结论可为边坡土钉支护的抗震设计提供参考.     

基坑开挖对临近明挖暗埋隧道竖向变形的影响机理

结合上海地区某邻近明挖暗埋隧道基坑工程案例,采用数值方法模拟了深基坑开挖的过程,并通过与实测数据进行对比验证了模型的合理性.针对隧道与基坑之间的连接墙进行对比分析,揭示了连接墙所起的作用.通过分析相邻地连墙竖向位移以及其两侧土体位移,得出地连墙与隧道之间以及墙土之间的相互影响规律.根据地连墙墙体轴力分布,研究墙体在开挖过程中的受力形态,揭示临近基坑开挖对地下结构(明挖暗埋隧道)的影响机理.结果表明,对于明挖隧道与基坑共墙的情况,隧道的隆起主要由地连墙以及连接墙的共同影响所致.明挖隧道受到基坑地连墙变形的影响明显大于受周围土体位移的影响.地连墙发生竖向隆起的原因为坑内土体提供的摩擦力大于坑外土体提供的摩擦力.     

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。     

成层地基中不同土层分布对地下结构的抗震影响

为了研究清楚成层地基中由于不同土层的分布而引起地下结构的地震响应,借助FLAC3D有限差分分析软件,通过设置土体的Hardin/Drnevich阻尼,合理地描述土体在动力作用下的滞回曲线和滞回圈,从而建立不同地质条件下的分析模型,分析地下结构在不同地基中的地震反应。结果表明,当结构处在软弱土层时,其在水平地震作用下的反应明显大于结构位于其他土层情况下的地震反应。当结构处在硬土层,或有较好的持力层,并有隔层软弱层的地层时,结构在地震作用下相对较安全。工程设计中可以通过合理地选择地下结构所处土层位置,避免未来可能地震引起的不良影响。     

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。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。     

盾构出洞冻结法加固土体的稳定性分析

运用三维有限差分软件FLAC3D对上海轨道交通某区间隧道盾构出洞冻结法施工过程进行了模拟,对盾构出洞过程中施工稳定性进行评价。施工竖井为地下四层结构,围护结构采用地下连续墙。数值模拟冻结壁水平应力、最大主应力、沿隧道开挖方向位移的变化,将模拟得到的应力与冻结壁强度设计值进行对比,并对隧道轴线方向地表沉降位移进行预测,同时采用安全系数法对施工的安全性进行了评价。安全系数满足设计要求,进一步说明了冻结法在软土地区地下工程施工中的优越性。     

大型空泡水洞试验设施结构有限元分析

大型空泡水洞试验设施是目前中国规模最大的水洞系统,为评估其整体结构强度和抗震设计安全性,对空泡水洞结构进行三维有限元数值分析,考虑正常工作工况和地震载荷作用极限工况下的结构刚强度,基于振型分解反应谱法计算了地震惯性加速度载荷,并对结构地震位移响应进行校核。结果表明：空泡水洞的结构变形在正常工作工况主要表现为水洞内壁的膨胀变形,在极限工况下主要表现为由地震载荷引起的水洞顶部水平位移;空泡水洞高应力区域主要位于结构角隅处的筒壁和加强筋。这对中国自主研发大型空泡水洞具有重要的借鉴意义。     

框架结构的双向水平耦合地震反应分析

利用SAP 2000中的弹塑性时程分析法研究了钢筋混凝土框架结构在双向水平耦合地震作用下的反应,通过与结构在单向水平地震作用下产生的层间位移和层间剪力值大小的对比,分析研究表明:普通的钢筋混凝土框架结构在双向水平耦合地震作用下所产生的层间位移和层间剪力近似是在单向水平地震作用下所产生值大小的2倍,建议在混凝土框架结构的抗震设计中充分考虑地震作用的空间性.