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。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥的地震响应特征分析

以一座双塔双索面半飘浮体系大跨度斜拉桥为工程背景,计算分析了纵向+竖向和横向+竖向激励下近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动对大跨斜拉桥地震响应的影响.结果 表明:近断层脉冲型地震动、近断层非脉冲型地震动和远场地震动作用下,大跨斜拉桥主塔和主梁的地震响应规律基本相同;近断层脉冲型地震动对大跨斜拉桥主塔和...     

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。     

盾构隧道联络横通道地震响应振动台试验

为探讨盾构隧道与联络横通道采用不同连接方式时的地震响应特性,基于考虑横向弯曲刚度有效率的等效刚度模型,采用4~28Hz的正弦拍波作为输入地震波,开展了几何相似比为1∶40的振动台模型试验,模型制作中将盾构隧道与联络横通道分别浇筑后采用不同刚度的材料进行粘接,以模拟盾构隧道与联络横通道的刚性连接方式和柔性连接方式,同时研究了地层和结构的加速度响应规律以及结构关键位置处的应变频谱特性。研究结果表明:地震动沿隧道横断面方向输入时,地层在竖直方向上加速度放大倍率随高度增加而增大;盾构隧道与横通道连接位置拱顶处的环向应变远小于纵向应变;盾构隧道与横通道连接位置拱脚处的主应变响应峰值最大;刚性连接下联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响区域在3倍横通道横断面宽度范围左右;柔性连接可有效减小盾构隧道和联络横通道结构上各点的应变峰值,但不会改变其频谱特性;柔性连接可使联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响范围减小至2倍横通道横断面宽度左右。     

近断层地震动合成方法及其对超大跨斜拉桥地震响应影响

为研究具有破裂前方效应和滑冲效应的2类脉冲型地震动对超大跨斜拉桥不利响应的影响,提出近断层脉冲型地震动合成的"分解-叠加"新方法,从频谱特性及结构地震响应两方面对该方法的有效性进行了验证。以苏通长江公路大桥为研究对象,分析了脉冲周期、脉冲速度峰值、脉冲数等参数对超大跨斜拉桥地震响应的影响规律。结果表明:近断层地震动高频成分对结构的响应不容忽视,"分解-叠加"法能够反映近断层地震动高频成分及低频脉冲成分对结构响应的贡献;具有滑冲效应的低峰值脉冲可激起主塔的高阶阵型,破裂前方效应地震动主要激起主塔的基本振型;当破裂前方效应和滑冲效应复合作用且两者同时达到脉冲峰值时,结构地震响应最为显著;脉冲速度峰值对斜拉桥主塔内力和位移等响应影响显著;不同脉冲周期的地震动作用下,滑冲效应引起斜拉桥地震响应明显高于破裂前方效应;脉冲个数为奇数的地震动较偶数的地震动对结构响应影响更为显著。     

高墩大跨连续刚构桥长周期地震响应对比研究

为研究长周期地震波对高墩大跨连续刚构桥地震响应的影响,基于OpenSEES平台建立了考虑材料和几何双重非线性的全桥动力分析模型,针对远场谐和型、近断层脉冲型和近断层滑冲型3类长周期地震波,与现行规范协调的普通地震波和人工波等5类共20条波进行非线性时程对比研究。结果表明:长周期地震动对高墩关键截面内力响应的放大作用非常明显,低频成分最丰富的远场谐和型地震波的内力计算值为普通波和人工波的2~4倍;而对高墩位移响应的放大作用比内力更显著,远场谐和型地震波的墩顶位移值超过普通波和人工波的20倍,导致支座剪断破坏;以现行规范反应谱为基准进行抗震设计,会大大低估高墩桥梁的地震内力和位移响应需求,引发灾难性的后果。     

近断层地震动对隔震桥梁地震反应的影响

采用Midas/Civil对隔震桥梁进行了不同类型多维地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对隔震桥梁地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动使隔震桥梁的地震反应明显增大,隔震支座的水平变形较大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;结构的地震反应随着地震动PGV/PGA的增大而近似呈线性增大,其中PGV/PGA对支座位移和梁体位移的影响最大。因而在近断层区域进行隔震桥梁设计时应重点考虑地震动的脉冲效应对桥梁地震反应的影响。     

近断层隧道结构的地震响应分析

以穿越发震断层的高黎贡山段隧道工程为背景,采用数值模拟方法分析了隧道跨越发震断层以及在近场地震动作用下的地震响应。结果表明:隧道在地表永久位移的作用下会产生向斜上方的错动,沿纵向呈现"Z"字形态;在邻近断层的拱顶处出现最大主应力极值,在拱底处出现最小主应力极值;在近断层地震动的作用下,隧道横断面于拱肩及拱脚处出现内力极值,拱顶及拱底相对安全。     

近、远场强震下RC连续梁桥损伤及滞回耗能特性对比研究

以某高速公路RC连续梁桥为对象,建立可考虑桥墩非线性力学行为的全桥有限元数值模型,挑选典型近断层和远场强震记录,采用非线性时程积分方法并自编程序提取关键指标,对比分析了两类地震下频谱、峰值加速度(PGA)、持时等要素对滞回耗能、结构损伤的量值及其分布的影响规律。研究表明,地震动频谱特性对于结构地震响应有显著影响,PGV/PGA越大,会导致滞回耗能和损伤的显著增加;在同样的PGA和持时水平下,近场地震下桥墩各部位的滞回耗能及损伤均明显大于远场,且损伤沿桥墩出现的高度更大;在靠近墩底的一定范围内,近场地震下的滞回耗能和损伤所占比例小于远场,而在该区域以上则大于远场,表明近场地震下桥墩滞回耗能和损伤沿墩高的分布更加均匀。对比发现,近场地震对桥梁结构提出了更高的耗能和变形需求,且向桥墩上部延伸更加明显,对桥梁抗震设计提出了更高的要求。     

废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙的抗震性能振动台试验

为了研究废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙在地震作用下的抗震性能，根据量纲分析理论中的Froude常数与相似比原理设计了土工格栅加筋挡土墙振动台试验模型，利用汶川地震近场什邡波（SF）和远场松潘波（SP）作为主要加载波形，以废弃钢渣为回填料，开展了土工格栅加筋钢渣挡墙的振动台模型试验。考虑地震强度的影响研究加筋挡土墙在不同地震波、不同地震强度下的墙体位移、水平加速度、回填料加速度、回填料表面竖向沉降以及土工格栅动应变等反应规律。为了将钢渣回填土工格栅加筋挡土墙的反应特性与传统砂土回填加筋挡土墙的反应特性作比较，开展了传统砂土回填土工格栅层的挡土墙抗震性能研究。试验结果表明：在不同加载强度下，远场SP波加载时的墙体加速度放大系数均大于近场SF波加载时墙体的加速度放大系数，挡土墙在加载远场SP波时比加载近场SF波时的反应更为激烈；在相同的地震波、地震强度下，通过对比钢渣和砂作为填料时的墙体和回填料的加速度、墙体变形和回填料沉降反应特征，得出质重且级配良好的钢渣作为加筋挡土墙回填料时，加筋墙体具有良好的抗震作用。在地震作用下，土工格栅应变峰值随墙高的分布情况为"上下小，中间大"，与静态下格栅应变规律一致。研究结果表明废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙可以应用到工程实践中。     

跨断层独塔斜拉桥的非线性地震响应特性研究

跨越活动断层的桥梁结构面临地震时断层错动的严重威胁。为合理模拟跨断层地震动的滑冲效应脉冲，基于近断层脉冲型地震动的分解-叠加方法，发展了一种可体现场地高频特征的跨断层地震动合成方法。首次采用最大位移与永久位移之比作为波形参数，基于搜集的96条包含永久位移的地震记录，建立了波形参数与脉冲参数之间的联系。结果表明：所建议方法可以准确地对实际跨断层地震动进行模拟。选取某引桥跨越断层的深水独塔斜拉桥为对象，研究了三向地震动作用下断层跨越角度、断层永久位移、断层最大位移对斜拉桥非线性动力响应的影响规律。结果表明：断层跨越角度对斜拉桥及其引桥地震响应的影响显著，90°左右（60°~105°）跨越断层时主塔的整体安全性更高，这是由于此时脉冲效应主要方向与主塔底抗弯能力较强的方向相一致，主塔的受力分配更为合理，可避免塔底进入强烈的双向非线性受弯状态；同时，90°左右跨越时，跨断层跨的落梁风险最小；随着断层永久位移的增大，主塔响应小幅增长，而墩梁相对位移则明显增大；最大位移与永久位移比表征了平行断层地面运动动力分量与拟静力分量的比例，主塔塔底响应及墩梁位移均随其增大而明显增大，且小角度跨越时跨断层简支梁具有较大的落梁风险。     

强震区隧道洞口段减震的振动台模型试验

就山岭隧道而言,洞口段往往是震害最严重的部位。为了研究强震区隧道洞口段设置减震层的减震效果,对隧道结构进行了振动台模型试验。分别从衬砌的应变、加速度方面进行了分析,结果表明:减震层的减震作用明显。最后,对试验中的地表地震裂缝的震害进行了描述。     

有、无柱地铁地下车站地震响应对比分析

为了解有柱与无柱地铁地下车站结构地震响应特性的异同,采用ABAQUS软件对2种地铁车站结构进行了水平向的非线性地震响应数值模拟,对比分析了在3种地震波不同峰值加速度作用下2种结构的响应特性。结果表明:1)2种车站结构的地震响应规律基本相似,在强震作用下均会受到严重的损伤,除侧墙与顶底板的连接处外,有柱车站的中柱与无柱车站的底板均为抗震的薄弱点,应注重加强其抗震性能;2)顶底板间最大的相对水平位移与输入波峰值加速度近似呈线性增大关系,且与波的频谱特性密切相关;3)在地震作用过程中产生的单向累积残余变形沿侧墙高度的变化曲线呈波浪状,最终摆向与最大摆幅的摆向一致;4)2种车站结构的加速度时程曲线形状相似,且相对基岩输入波有明显的放大。     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果，以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景，按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型，通过改变塔梁间的连接方式，建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系，选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验，然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大，对于长周期成分丰富，特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动，结构的地震响应较大；千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大；纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变，但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果，对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果较好，而对于有明显速度脉冲的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果相对较差，当地震动峰值加速度PGA为0.4g时，在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下，梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%；对于有明显速度脉冲的地震动，需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

正交型立体交叉隧道的动力响应研究

随着更多复线工程的修建或者受地质条件、既有建筑物的限制以及城市地下空间综合开发的需求，不可避免的会出现许多近接或者交叉的隧道。为解决正交型立体交叉隧道结构地震动力响应特性及相互影响规律等问题，在单向El地震波作用下完成了3种地震烈度、5个工况的交叉隧道振动台试验，并分别对正交型立体交叉隧道中上跨和下穿隧道环向及轴向应变在不同加载工况下的应变峰值进行分析研究。试验结果表明: 1）地震烈度越高，隧道各特征点的地震环向应变越大，下穿隧道环向应变峰值整体大于上跨隧道；下穿隧道边墙部位向应变峰值最大，下穿隧道仰拱部分次之，其次是上跨隧道的仰拱与边墙部分应变峰值。2）当地震烈度较小时，两交叉隧道的环向应变峰值基本持平。3）当地震烈度较大时，下穿隧道的环向应变峰值远大于上跨穿隧道。下穿隧道轴向应变峰值整体大于上跨隧道，且上跨隧道仰拱轴向应变峰值最大，上跨隧道仰拱次之，上跨隧道与下穿隧道拱顶轴向应变峰值最小。最后对上跨隧道与下穿隧道的动力响应规律进行了对比分析。     

铁路立体交叉隧道施工爆破震动响应研究

通过建立不同交叉角度、净距和围岩条件的实验工况,对交叉段新建隧道施工爆破地震波引起的既有隧道衬砌的峰值速度进行分析,探讨了不同因素作用下立体交叉隧道施工爆破的动力响应.研究结果表明：处于迎爆侧的拱底和墙脚之间区域影响最为显著;除净距是上下交叉隧道最显著的影响因素外,随着交叉角度的增加,拱底速度峰值呈增大趋势,并且增长率逐渐加快;岩体坚硬完整,爆破振动波传播衰减越慢,爆破地震波在传到既有隧道之前,出现峰值回升.     

跨断层地震动及其对桥梁结构影响研究进展

与常规地震动激励的情况相比，跨断层地震动作用下桥梁结构具有更复杂的动力响应、更大的地震需求以及更严重的地震损伤。伴随着川藏铁路等超级基础工程的开工建设，越来越多的桥梁具有跨越潜在断层的风险，相关研究亟待开展。从跨断层桥梁震害出发，首先阐述了近/跨断层地震动的基本特性并介绍了相关模拟方法，然后综述了跨断层桥梁抗震分析理论、数值模拟和模型试验等研究的相关进展，进而归纳了考虑跨断层地震动作用的应对策略。结果表明：现有的跨断层地震动模拟方法合理可行，但存在一定的应用条件和改进空间；跨断层桥梁研究对象大多为中小跨径梁桥，其地震响应和损伤破坏模式受断层类型、跨越位置、跨越角度、永久位移等多因素影响；针对跨断层桥梁的减隔震和防落梁限位措施等技术得到初步发展。最后展望了未来跨断层桥梁抗震研究的发展方向，主要包括：发展更为精确、高效的跨断层地震动模拟技术；开展大跨径桥梁的跨断层振动台台阵试验及倒塌数值模拟研究；突破跨断层桥梁振动台台阵试验技术瓶颈；明确跨断层地震动参数对不同类型桥梁结构地震损伤机理的影响规律；进一步发展相应的减隔震技术、防落梁措施以及韧性防控技术，并进行试验验证等。     

近断层地震作用下城市轨道交通隧道及道床结构力学响应分析

依托乌鲁木齐轨道交通2号线工程,针对近断层修建城市轨道交通隧道工程时地震作用引起道床结构动力响应问题,采用有限差分法模拟分析明挖法双线箱形曲拱形地铁隧道道床结构在地震作用下的位移及速度响应,并探讨了地震作用对隧道下部结构及道床的作用特性。研究结果表明:地震作用下,隧道结构各部位位移及速度响应时程曲线高度重合,力学响应规律一致,但响应幅值略有差异,道床的响应幅值最小,拱顶响应幅值最大,为重点设防部位。地震发生后,隧道结构未发生严重的扭转变形,道床结构也未发生明显塑性变形。