《铁路工程抗震设计规范》中各类场地的地震响应对比研究

分别构造厚度为25 m的砂性土场地和黏性土场地,对这2种场地各设置与GB 50111—2006《铁路工程抗震设计规范》中Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类场地相对应的3种剪切波波速水平,选取2条典型地震波作为出露输入地震波,将地震动峰值加速度缩放至设防烈度对应的地震动峰值加速度,分析各类场地的非线性响应。结果表明:低烈度地震作用下,场地的放大作用比较明显,砂性土场地的剪应变大于黏土场地,最大谱加速度受到地震输入波、剪切波波速和场地性质的影响。     

考虑实际场地的矮塔斜拉桥非线性地震响应分析

为研究场地条件对矮塔斜拉桥非线性地震响应的影响,明确空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能分析的重要性,采用不同场地条件下的抗震设计反应谱作为目标谱,从PEER数据库选择与不同场地反应谱兼容的实测地震记录.以一座主跨为176 m的矮塔斜拉桥为例,基于OpenSEES建立三维非线性有限元模型,对该桥梁进行一致激励和多点激励...     

考虑场地类别和地震动特征周期分区的A_y-D_y格式地震需求谱

非线性反应谱是基于性能抗震设计理论中亟待解决的基础性课题之一。Ay-Dy格式地震需求谱的特点是,过原点的射线与不同屈服强度系数的需求谱曲线相交,各个交点对应的周期都相同,从而为在结构基于位移抗震设计方法中实现多级性能目标提供方便。本文将4种场地类别上的434条地震记录,按《高架桥梁抗震设计》场地类别和地震动特征周期分区的要求分为12组,通过对单自由度体系的时程分析,得到基于场地类别和地震动特征周期分区的Ay-Dy格式地震需求谱;研究结构强度水平、周期、场地类别及地震动特征周期分区等因素对需求谱的影响;通过非线性回归分析得到不同场地类别、不同特征周期分区和不同强度水平下的回归表达式,可用于结构非线性位移的解析计算。最后,通过算例说明运用本文成果进行设计的过程,并与已有文献结果比较,证明本文研究的正确性。     

高烈度山区场地非线性效应对连续刚构桥地震响应的影响分析

为了研究高烈度山区地震场地非线性效应及其对连续刚构桥地震响应的影响,选取具有代表性的20条地震波,基于土层分析软件Deepsoil和通用有限元软件ANSYS,计算分析等效线性和非线性两种模型的场地效应和桥梁结构地震响应。结果表明:(1)考虑非线性模型时地表PGA放大系数比等效线性模型时更大,且土层越柔软,非线性模型下的地表PGA放大系数越大。小震、大震作用下的放大系数依次为1.5~3.5、1.3~1.7,呈减小趋势。(2)随着地震动强度增大,两种模型得出的土层峰值加速度随土层深度变化趋势逐渐出现差异,且非线性整体大于等效线性。在大震作用下,非线性约为等效线性的1.36倍;在软弱土层处更明显,约为1.54倍。(3)小震作用下,两种模型计算得出的地表加速度反应谱接近,呈现一致的变化规律。大震作用下,非线性模型得出的反应谱起伏变宽,峰值变大。(4)非线性得出的桥墩底剪力和弯矩均方根值约为等效线性的1.37倍,因此采用非线性模型考虑场地效应对结构响应影响较大。     

抗震设计反应谱统一计算方法及谱兼容地震波

国内外各类抗震设计规范对设计反应谱给出了不同的计算方法,对各类反应谱不同的计算方法进行对比分析;利用世界范围内大地震时获得的数字强震仪记录,计算相应的加速度反应谱;结合结构动力学理论分析及统计分析方法,提出抗震设计反应谱统一计算公式。实际强震地震波具有高度的非平稳性,人工地震加速度时程不能直接反映实际地震加速度时程的非平稳性。为了得到与实际地震波类似的高度非平稳性且与设计反应谱兼容的地震加速度时程,以一组强震地震波为母波,得到与设计反应谱兼容的人工地震加速度时程。通过对人工地震加速度时程与实际地震波比较,发现其继承了实际地震波的非平稳性;同时人工地震加速度时程反应谱与目标设计谱具有较好的一致性。     

大跨度铁路连续梁拱组合桥梁地震响应特性

为研究大跨度连续梁拱组合桥梁的地震响应规律,以兰渝线上某(82+172+82)m连续梁拱组合桥为例,建立考虑桩土共同作用的有限元分析模型。分别采用反应谱和时程分析法研究该桥的地震响应特点,探讨高阶振型、几何非线性、竖向地震作用及行波效应等因素对桥梁地震响应的影响。分析结果表明:该桥内力最大出现在拱脚处;截面内力主要由低阶振型(前30阶)控制,高阶振型的贡献较小;几何非线性对该大桥的地震响应影响较小,内力最大仅增加2.21%;竖向地震作用对截面轴力和面内弯矩起控制作用,其放大倍数最大可达2.88倍;行波效应对大跨度梁拱组合桥地震响应的影响不可忽视。     

地震高烈度区软岩隧道结构动力响应特性研究

研究目的:为研究地震作用下地震高烈度区软岩隧道加速度动态响应的基本规律,以拉林铁路杰德秀2号隧道工程为背景,设计进行了1∶50比例隧道结构模型的振动台试验。通过输入白噪声、EL波和汶川波,测试模型结构的动力响应,分析各个测点峰值加速度的放大系数随高程变化和不同地震烈度条件下的变化规律,并通过快速傅里叶变化得到功率谱频谱曲线,分析模型结构的加速度动力特性,对比各个加载工况下加速度频域响应曲线,研究模型结构频域动力响应的基本规律。研究结论:(1)地震高烈度区软岩隧道其场地高程效应的表现形式与一般场地表现不同;(2)随着地震动幅值的增大,各测点峰值加速度放大系数呈减小趋势,在0.15g加速度激励下表现出最大值,且不同频率特征地震波激励对高程效应形态的影响基本一致,仰拱处地震响应最大,在进行隧道抗震设防时,应加强对仰拱部位的抗震措施;(3)围岩土体对加速度放大效应较为显著,而隧道衬砌结构对加速度的放大效应效果不太明显,地层的响应特性在很大程度上决定着衬砌结构的地震响应特性;(4)功率谱密度曲线显示出不同地震波激励下模型结构响应峰值相差不大,但峰值所对应的频率值不同,高频段地震波对衬砌结构影响较...     

重力式支挡结构工程的地震动响应研究

为了研究地震作用下重力式挡墙的动力响应,本文利用有限元软件Plaxis建立数值模型,施加了Northbridge地震波,分析了不同地震动峰值加速度、不同墙高对重力式挡土墙地震响应的影响,得出了以下结论:墙底至0.5倍墙高范围内,水平加速度沿墙高逐渐减小,而在0.5倍墙高至墙顶范围内,水平加速度沿墙高逐渐增加;随着墙高的逐渐增加,挡墙地震主动土压力合力也随之呈非线性增大。随着地震动峰值加速度的增加,挡墙地震主动土压力合力也随之呈线性增大。地震主动土压力强度沿墙高呈非线性分布,且在挡墙底部略有减小。     

基于能量法的铅芯橡胶支座隔震桥梁设计方法

依据能量平衡原理,建立隔震桥梁系统能量反应方程,将桥墩与铅芯橡胶支座串联,构建隔震桥梁能量反应的双线性分析模型.结合现行<铁路工程抗震规范>,合理选取40条强震记录作为地震输入,对不同周期的隔震桥梁系统进行非线性地震能量反应时程分析.结合铅芯橡胶支座本身的动力特性,给出具有统计意义的适用于Ⅰ类场地的桥梁隔震设计地震输入总能量谱.提出以地震输入隔震桥梁系统的能量达到铅芯橡胶支座的极限耗能作为破坏准则、由地震输入总能量谱得到地震输入能量、隔震度作为隔震目标、隔震支座位移延性比作为限制条件的减隔震桥梁设计方法.     

天津市某地铁站上盖楼群的场地条件评价

针对天津市某地铁站上盖楼群场地的工程特点,采用综合勘察技术对其进行了详细的岩土工程勘察,并分析所获取的现场钻探、标准贯入试验,静力触探、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验、剪切波速测试、场地微动测试、现场水文地质试验和各类室内试验的资料,结合地质资料进行了场地地震响应分析,最后根据各类规范对场地条件进行评价。结果表明:三种超越概率水平下的基岩水平地震动加速度峰值分别为24.986 cm/s2、128.047 cm/s2、262.766 cm/s2。计算确定该工程场地抗震设防烈度为Ⅶ度,设计基本地震加速度值为0.15g,设计地震分组为第一组,场地特征周期值为0.45 s,为抗震不利地段。波速测试结果确定场地土类型为中软土,场地类别为III类,场地在地震烈度为Ⅶ度地震力作用下不发生液化。     

高烈度山区复杂场地环境地震响应研究

通过对艰险山区5类典型场地环境建立三维模型,采用ALGOR分析软件、Midas/FEA分析模块,对其进行地震作用下的时程分析,得到了山区5类典型场地环境地表位移、地震加速度以及频谱分布的地震响应。总结典型场地环境地震响应特点,提出如下有关设计建议:在选择桥位时尽量避开盆状沉积软弱土层和凹凸坡面场地环境;在峡谷上进行大跨度桥梁设计时,应提高大跨度桥梁的抗震设防水平,同时控制桥梁的基本频率,消除与坡面地震共振现象;重视倾斜岩面上覆土层、山前孤突山包、凹凸坡面场地环境中不同位置的地震加速度响应的差异。     

高墩大跨连续刚构铁路桥抗震可靠度分析

考虑结构参数随机性的动力可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题.本文基于随机分析的响应面理论和规范反应谱方法,提出一种分析具有随机结构参数桥梁抗震可靠度的方法.通过拟合的多项式函数来近似替代表示结构随机输入与输出变量之间作用关系的功能函数,按照结构的破坏准则及其极限状态方程,进行可靠度分析.运用该方法研究高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度,分析时考虑结构参数和场地土的随机性,分别计算连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到结构在设计基准期内,"三水准设防标准"条件下的地震可靠度.结果表明,该桥设计满足抗震规范要求.     

基于PM4Sand塑性模型的土体液化侧移计算分析

采用PM4Sand塑性模型预测土体因地震而液化引起的侧移量。利用有限差分程序,引入依据临界状态理论、由应力控制的砂土屈服面塑性模型模拟可液化土,对既有液化场地进行分析,预测由地震引起的场地液化侧移。根据既有场地的地质勘察资料和相关地震波,获取场地输入地震波和可液化土的动力触探值,确定可液化土的本构模型参数,再根据摩尔-库伦破坏准则设置非液化土的相关参数。监测场地自由面的液化侧移,记录可液化土的孔隙水压力,并将地表加速度时程与初始输入地震波加以对比。结果表明:在输入地震波作用下,场地发生液化且产生侧移,所得预测值较实测值大;场地对地震输入有一定的放大作用; PM4Sand砂土模型适用于实际工程的液化侧移预测。     

近场地震速度脉冲下的反应谱加速度敏感区

已有的地震记录表明,含有速度脉冲的近场地面运动往往会具有较大的PGV PGA比值,进而会在反应谱中产生较宽的加速度敏感区。所以含有速度脉冲的近场地面运动会显著地改变结构的响应特点,使结构产生较大的内力和位移,同时对结构的延性要求也会加大。对三条来自Chi chi地震的脉冲型近场地震记录和一条Imperialvalley地震的一般记录的响应特点作了简单分析,并应用ANSYS有限元计算程序,通过对四个桥墩模型的时程分析发现,桥墩在含有速度脉冲的近场地震激励下,会产生相对较大的墩底内力和墩顶位移。从三个方面加强了对近场地震的设防,较为合理地解决了近场地震的设防问题。     

近场和远场地震动作用下双层竖向重叠地铁隧道地震反应特性

基于江苏省的地震环境,研究近、远场地震动作用下的双层竖向重叠地铁隧道的地震反应特性,并与单层地铁隧道的地震反应特性进行比较。结果表明:在近场地震动作用下上下层隧道之间的相互作用对隧道的相对水平位移差具有放大作用,而在远场地震动作用下双层隧道的相对水平位移差与单层隧道的基本相同;在近、远场地震动作用下,上层隧道的相对水平位移差要比下层的大得多;在近场地震动作用下存在隧道拱肩外侧的地震应力大于拱肩内侧地震应力的现象,而在远场地震动作用下地铁隧道拱肩内侧的地震应力值最大;在近场地震动作用下双层隧道下层的地震应力幅值要比上层的地震应力幅值大,在远场地震动作用下则相反;在近、远场地震动作用下双层竖向重叠地铁隧道底部的峰值加速度与浅埋或深埋单层隧道的基本相同。     

强震作用下密贴交叉组合地铁车站三维地震动响应分析

基于FLAC3D有限差分软件,建立密贴交叉组合地铁地下车站结构的三维计算模型,研究强震作用下密贴交叉组合地铁地下车站结构的三维非线性地震反应特性,并与单一浅彬深埋地铁地下车站结构的地震反应特性进行比较。研究结果表明：密贴交叉组合车站结构中,由于上下层车站相互作用影响,对上下层车站的相对水平位移均具有放大作用;上层车站的加速度放大系数小于浅埋车站,而下层车站的加速度放大系数略比深埋车站的大,且变化率较大的部位均发生在密贴交叉部位;下层车站的存在,时上层车站结构的应力有一定的消弱作用,但是由于两车站结构相互作用影响,在两车站交叉部位出现应力集中,致使交叉部位应力出现明显的放大效应。     

桥梁地震响应半主动控制的加速度放大效应

采用磁流变阻尼器,对1座大跨刚构连续梁桥进行半主动控制、主动控制和被动控制地震响应计算,比较分析6种半主动控制算法对桥梁加速度的放大效应。结果表明:当磁流变阻尼器设置在桥梁支座等连接构件处时,不同半主动控制算法会使阻尼器附近桥梁局部位置的加速度产生不同程度的“针尖”放大效应,而主动控制和被动控制不会产生这种加速度放大效应;比较而言,“开关型”半主动控制算法比“连续型”半主动控制算法的加速度放大效应更加严重;半主动控制算法引起的桥梁加速度放大效应与阻尼器类型、阻尼器位置和桥梁结构动力特性等多种因素有关;半主动控制算法对桥梁的位移和弯矩不会产生剧烈放大的“针尖”现象;阻尼器设置在墩梁刚性连接部位时不会出现加速度放大效应。     

边坡桥梁桩基大型振动台模型试验研究

通过大型振动台试验,研究地震荷载作用下某铁路线上一代表性的陡坡地段抗滑桩支护桥梁桩基结构体系的抗震性能。模型与原型按照尺寸相似比1:40进行模型试验相似设计。模型试验通过输入的正弦波和汶川波的测试结果分析边坡模型地震作用规律。结果发现:桥梁桩和抗滑桩桩间土压力呈三角形分布,抗滑桩后土压力呈"R"形分布;边坡对监测点加速度有放大效应;位移随地震荷载增加而增大。抗滑桩的各种响应强度均大于桥梁桩基,说明抗滑桩对桥梁桩基有很好的支护作用。试验研究为边坡抗滑桩-桥梁桩基新结构抗震设计奠定了良好的基础。     

地震力作用下软基土石坝的动力响应分析

采用二维动力有限元方法并结合有效应力法对栖凤湖土石坝受地震作用的动力响应进行了分析。分析时上游采用校核洪水位198.5 m,下游为180 m。地震峰值加速度为0.275g,持续时间为10 s。计算结果表明,震后孔隙水压力与震前相比,增加了将近1倍,在粘土心墙和淤泥土地基中出现了孔隙水压力等于侧向固结压力区域,这对土石坝的稳定极为不利。通过对坝体表面各点的动力反应分析,发现位于坝体表面中部D和E点的位移和加速度峰值均比其他部分的大。     

关于改进我国大跨缆索支承桥抗震设计的意见

结合我国公路大跨缆索承重桥抗震设计规范的编制和修订,讨论“中震不坏,大震可修”的两阶段抗震设计原则,用重现期表示两个地震动水准,分析模型应包含伸缩缝的摩擦和撞击并考虑非经典阻尼。弹性设计使用反应谱振型分解法,设计反应谱应针对不同阻尼比,其周期范围应达到桥的基本周期,当一座桥不同桥墩地基有不同场地类型时建立包络谱或加权平均谱的方法,反应谱振型分解法中用有效振型参与质量比确定参与组合的振型数,并可用横桥向加速度反应谱与剪切行波引起的结构水平最大转角间的关系以及用压缩行波引起的地基相对位移的简化计算法近似确定非一致地震动的影响,分析对地震地面运动三方向分量的反应的必要性及组合方法。非弹性设计使用时程分析法,此时恒载与地震地面运动三方向分量时程应当同时作用到结构上,使用高质量一致或非一致地震地面运动时程（包括近场强震特有的大速度脉冲）的必要性和产生方法,用Pushover分析验算非弹性时程分析的结果,能力设计的必要性和超强系数的确定,以及延性设计的特殊构造要求。