超载超速作用下风积沙低路堤与地基动力特性研究

建立移动简谐荷载作用下三维路堤与换填地基动力响应模型,对超载、软土地基换填及行车速度等因素影响下的风积沙低路堤与地基动力响应展开研究。结果表明:①超载20%时,路基动力响应影响深度为6.9 m,远大于标准轴载下的1.9 m,超载对路基路面造成了较大的破坏;②对盐渍化软土地基采用砂砾换填处治后,改善了上部路基的变形特性;③不同车速工况下,动荷载的作用时间与幅值是动力响应的主要影响因素;高速行驶的车辆对路基动力响应的影响比低速要大得多。     

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。     

低路堤路基动力特性及长期性能技术措施研究

为探索高速公路交通荷载与降雨环境耦合作用下低路堤复杂的动力特性及长期性能保障技术措施,依托浙江省某低路堤高速公路为工程背景,结合现场埋深元件测试获取动应力、加速度、动位移等数据,分析了不同轴重和车速等条件下路基的动力特性差异,具体包括动力指标量值和竖向影响深度;考虑降雨环境对高速公路服役期路基动力特性影响,借助ABAQUS有限元分析软件建立"降雨环境-交通荷载-路基"三维数值模型,分析了降雨强度对路基服役期动力特性影响,具体包括中雨(1.25 mm/h)、大雨(2.5 mm/h)和大暴雨(10 mm/h)3类工况;考虑平原水网区低路堤高速公路受交通荷载和降雨环境长期耦合作用,结合路基填料设计、排水系统优化等角度,探讨了保障低路堤路基长期动力稳定性能的技术措施。结果表明:不同荷载条件下路基动应力、加速度和动位移存在差异,但沿路基深度均呈衰减趋势;动应力幅值与轴重成正相关,轴重20 t车辆的动应力幅值约为50 k Pa,约为轴重5 t车辆的动应力幅值的7~10倍;相对轴重10 t车辆荷载条件下,速度对动位移影响更大,轴重20 t车辆荷载条件对应动位移约0.60~1.02 mm;相比干燥路基状态,中雨、大雨和大暴雨降雨强度下路基动应力值提高约为3%~15%;合理路基填料设计可以提高低路堤刚度和强度,而完善的排水系统可降低交通荷载与降雨叠加引起的动力响应程度,均可在一定程度达到保障低路堤长期动力稳定的目的。     

交通荷载作用下风积沙低路基动力响应分析

通过建立三维地基与路基模型，对交通荷载作用下风积沙换填地基与风积沙低路基动力响应进行了数值计算，分析了竖向位移、应力沿深度变化的规律以及动力响应的滞后效应，得到了动力时程曲线，确定了路基动力响应影响深度约为1.9 m。     

高速公路低路堤路基工作区处治标准的数值分析

低路堤受交通动荷载作用的影响较大,需要合理确定地基处治深度,以减少路基动应力对路基的破坏。本文通过建立合适的低路堤车辆动荷载影响深度的数力学模型,对交通荷载作用下高速公路低路堤工程特性进行数值分析研究,得出高速公路低路堤地基处治深度及换填材料的强度要求,从而为低路堤的设计和地基处理方法提供依据。     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。     

复杂环境荷载下斜拉桥单塔结构动力响应试验

就目前斜拉桥桥塔结构在复杂环境荷载(地震、波浪和水流)联合作用下的动力学模型,针对其构建难度高和数值模拟技术不成熟等问题,以某一试设计的斜拉桥中的桥塔为研究背景,首先利用重力-弹性力相似律和等效变换方法设计了几何比尺为1∶100的桥塔-群桩基础试验模型;其次设计了无水环境下白噪声扫频、正弦波共振,有水环境下地震、正弦波浪和水流单独/联合加载分级加载制度;最后采用大连理工大学的地震、波浪和水流联合模拟试验系统对该模型进行地震、波浪和水流单独/联合作用下的动力响应试验,分析了复杂环境荷载(地震、波浪和水流)作用下斜拉桥单塔结构上动水压力的变化趋势、动力响应特性和破坏机制。试验结果表明:当斜拉桥桥塔结构遭遇随机荷载作用时,加速度响应主要位于承台处,群桩上部和桥塔下部为应变较大区域,地震作用对动水压力贡献最大,波浪作用次之,水流影响最小;斜拉桥桥塔顶部动力响应幅值与输入的地震动特性相关,当地震荷载和高海况正弦波浪联合作用时,地震对桥塔顶部的加速度贡献较大,波浪作用贡献较小,但是也不容忽视。试验结果可为超大跨深水基础斜拉桥抗震设计规范的修订提供重要的参考。     

基于IDA-PSDA的路堤震害易损性评价

为了研究路堤在地震作用下的易损性特点和挡土墙对路堤震害易损性的影响,选取连云港—霍尔果斯高速公路西安—宝鸡段K1125+470处路堤进行理论性震害易损性评价。通过划分路堤震害等级,选取路堤震害损伤参数,建立了路堤震害等级与路堤震害损伤参数之间的对应关系;采用Flac软件建立了无挡土墙和有挡土墙路堤的有限差分模型,选取实际记录地震动进行了增量动力分析,明确了一定地震动峰值加速度作用下无挡土墙和有挡土墙路堤震害损伤参数的取值规律;采用概率性地震需求分析方法研究了路堤发生各等级震害的概率,绘制了路堤震害易损性曲线,并将无挡土墙和有挡土墙路堤的震害易损性评价结果进行对比。研究结果表明:地震动峰值加速度为1.2g时,无挡土墙和有挡土墙路堤发生毁坏的概率比地震动峰值加速度为1.0g时平均高16.854%和76.679%,比地震动峰值加速度为0.8g时平均高95.895%和88.008%,即无论有无挡土墙,地震动峰值加速度越大,路堤发生更严重等级震害的概率越大;超越概率为30%、50%和80%时,有挡土墙路堤发生毁坏时对应的地震动峰值加速度比无挡土墙路堤平均高17.93%、18.14%和18.34%,即在相同地震作用下,有挡土墙路堤的震害状况低于无挡土墙路堤,说明挡土墙对提高路堤抗震性能具有积极作用。     

边界面模型及其在干旱地区路堑边坡稳定性分析中的应用

现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ044-89)对地震动力荷载作用主要是以区域地震烈度作为唯一的参考依据,没有考虑地震振动频率、次数和地震持续时间等特性,因此无法真实反映路基在地震作用时的反应特性,迫切需要对路堤填土在地震动力荷载作用下的动力特性进行研究。文章针对干旱地区路堑边坡在地震荷载下的动力特性的研究,基于边界面的概念,以Mohr-Column屈服函数为基础,介绍了边界面弹塑性模型,建立了路堤土的动力本构模型。利用该模型研究地震作用下路堤的残余变形及整体稳定性分析。通过室内动三轴试验的模拟验证了该模型的可靠性和模型的表现。文章介绍了该模型在ABAQUS中的二次开发实现的技术。利用自编程序模拟了动三轴剪切试验结果,并与ABAQUS采用本模型的计算结果比较,证明了开发成果的正确性。最后以某一理想路基工程算例说明了所添加的本构模型进行路基动力分析的方法,并给出了相应的结果。计算结果符合土体在地震荷载作用下的动力特性规律,验证了该模型的可行性,拟补了现行规范的不足。     

循环荷载作用下风积沙的ε_p-N曲线特性和动强度试验研究

针对新疆三岔口-莎车高速公路某取土场的风积沙,采用重塑试样,进行围压为10、20和30kPa的动三轴试验,得出风积沙在循环荷载作用下的ε_p-N关系曲线。试验结果表明:动应力幅值不同时,ε_p-N关系曲线可分为3种类型:衰减型、临界型和破坏型。以累积塑性应变为破坏标准,得到风积沙的动强度,发现风积沙的动强度随着围压的增加而增大,随着动荷载循环次数的增加而减小。在试验分析的基础上提出动强度与荷载循环次数指数曲线模型,计算得到不同荷载循环次数和不同围压时风积沙的动强度。     

潼西改扩建工程路堤地震动力响应分析

为分析在地震荷载作用下路堤的动力响应,以潼西改扩建工程为依托,运用MIDAS/GTS有限元程序建立潼西高速公路改扩建工程数值计算分析模型,分析了公路路面的水平和竖向位移响应和路堤边坡面动力响应。结果表明:在地震荷载作用下,距旧路中心距离越近,最大水平和竖向位移越小;新旧路基结合部产生明显的相对水平位移,路面发生断裂破坏的概率最大;同一地震荷载作用下,不同高程路堤的加速度的放大系数并不相同,随着高程的增加,放大系数整体上逐渐变大;当路堤坡顶观测点出现水平位移峰值时,坡面其它各观测点同样出现水平位移峰值,坡顶观测点的水平位移和加速度峰值并不同步,水平位移峰值滞后于加速度峰值。     

近场脉冲型地震动下PHC管桩动力响应试验

为了研究预应力高强混凝土(PHC)管桩在近场脉冲型地震动下的动力响应,开展了桩基振动台试验。在近场脉冲型地震动和近场普通地震动作用下,对比和讨论了PHC管桩的动力特性、支撑的上部结构响应、加速度响应、动应变响应、损伤特征、动弯矩响应、最大曲率延性需求和动土压力响应。试验结果表明：在近场脉冲型地震动下,PHC桩的自振频率下降幅度高于近场普通地震动,最高可达20%。随着地震动强度增加,桩身刚度降低,进而导致上部结构的振动周期增加。在小震时,近场脉冲型和普通地震动下,上部结构的耗能能力相近;在中震和大震时,近场脉冲型地震动下,上部结构的耗能能力则明显高于近场普通地震动。相较于近场普通地震动,近场脉冲型地震动下桩的加速度放大系数在中震时增长了43%,在大震时增长了117%。此外,在近场脉冲型地震动下桩的加速度、速度和位移时程曲线的峰值均高于近场普通地震动。因此,在抗震设计中应充分考虑近场脉冲型地震动对管桩的不利影响。在上部惯性力和土抗力的共同作用下,桩身弯矩呈现出中上部较大、两端较小的分布特征。相比近场普通地震动,近场脉冲型地震动下桩的最大曲率延性需求较高。在中震和大震情况下,土体的滞后阻尼逐...     

黄土隧道结构的振动台模型试验研究

为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。     

地震峰值加速度对填筑路基地震响应特性的敏感性分析

针对填筑路堤地震作用下的动力响应敏感性,采用数值模拟方法研究典型填筑路堤内部在地震作用下的动力参数(加速度、速度、位移)及残留位移等随地震峰值加速度的变化规律及敏感关系,分析结果对明确填筑路堤动力稳定性的关键部位,提高路基设计水平等均具有较强实用价值和指导意义.     

基于快速拉格朗日的板式无砟轨道路基动力响应研究

将列车荷载简化为一激振力并作为等效轮轴荷载，运用FLAC3D内置的FISH语言编程实现列车荷载的定时、定点施加，从而模拟列车在轨道结构上的移动加载过程。以遂渝线板式无砟轨道路基结构为对象，建立三维动力分析模型，基于FLAC3D计算平台，利用编制的动力加载程序对轨道路基结构进行了动力响应计算，分析了列车移动荷载作用下路基各结构层的动位移、动应力响应特性以及动响应在路基深度范围内的衰减特性，并以基床表层为研究对象，着重考察了其刚度变化对路基动力响应的具体影响。     

交通荷载下河漫滩相软土低路堤动力响应

结合江苏沿江区域河漫滩相软土地基上修建的低路堤城市道路,利用有限元法分析了交通荷载作用下的路基和软土地基的动力响应特性。结果表明:城市低路堤道路,路基对车载大小的变化比较敏感,一般过重的车载会造成路基中响应的急剧增强,车速变化的响应比较复杂,在道面平整度较好的情况下,车速变化的影响不太明显。     

大跨桥梁在不同荷载作用下的动力响应监测

桥梁结构的动力特性是结构动力计算和抗震分析的基础,也是桥梁健康状况监测的一个重要指标。该文根据加速度响应时程曲线分析了某大跨斜拉桥在重车、船撞、大风、爆破地震等各种荷载作用下的振动响应,得出大跨桥梁在不同荷载作用下的动力响应特性。     

红层软岩路堤地震动力响应规律研究

应用ANSYS有限元软件建立数值计算模型,以路堤上各观测点的加速度峰值作为响应指标,研究云南红层地区路堤边坡在地震作用下的动态响应规律。结果表明,路堤动力响应效果随坡度的减缓而减小,随地震波入射角的增大而减小;路堤高度对路堤动力响应的影响较复杂,其影响比坡度及地震波入射角两个因素更强烈;并据此提出了该地区路堤坡度及坡高的建议取值及路堤与地震波入射方向的相对角度。     

近场地震作用下桥梁结构动力响应研究进展

针对当前近场地震动特性和桥梁近场地震动响应方面的研究进展，从近场地震动强度指标、地震动拟合、地震动反应谱特征3个方面综述了近场地震动特性的研究现状，并梳理了梁式桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等不同结构型式的桥梁在近场地震作用下的动力响应特性研究进展，论述和比较了相关研究方法，总结归纳了现有近场地震作用下桥梁结构动力响应在今后有待进一步深入研究的若干问题及发展方向。     

中庭式地铁车站地震响应振动台试验

中庭式地铁车站因用大量横梁取代楼板来形成中庭大开口（顶层和中层楼板的开口率均超过50%）,且站厅层无柱,站台层采用宽高比达7.5的薄壁柱,车站结构抵抗横向变形比如地震作用的能力,成为值得担忧的一个问题。为此,针对埋置于人工模型土中的中庭式地铁车站模型,进行了一系列1g振动台试验,探究中庭式地铁车站结构的地震响应特征,以及地震动强度对土和车站动力响应的影响规律。试验结果表明：地震作用下,站厅层横梁两端的峰值动拉应变最大,站厅层横梁两端为抗震最薄弱环节;中庭式车站侧墙与邻近土体的加速度响应差异在不同埋深处表现不同;地震动强度对车站结构和场地的地震响应均影响显著;随地震动强度增加,场地的卓越频率变得越不显著,其加速度傅里叶谱的主要幅值段趋向坐落于更宽的频带内;随地震动强度增加,顶板埋深处土和侧墙加速度放大系数差异逐渐递减;随地震动强度增加,侧墙上峰值动土正应力分布形状可能发生变化,且沿车站左、右侧墙的峰值动土正应力呈非对称分布;水平横向地震动输入下,中庭式车站存在摇摆运动,且车站顶板的竖向加速度随水平输入地震动强度的增加而增大。试验结论有助于更好地认识中庭式地下结构的地震响应规律,为类似结构的抗震设计提供参考。