两个水平密贴地下结构的地震响应分析

为了研究相互邻近的地下结构的地震响应特征,以某新建地铁车站结构和上部密贴的既有公路隧道结构为对象,利用有限元分析软件MIDAS-GTS,对水平密贴的两个地下结构的地震响应进行数值模拟,分析公路隧道结构在有、无地铁车站结构时的地震响应,探讨结构接触面性质对水平密贴结构的地震响应的影响。计算结果表明:1)在设定条件下,地铁车站结构对公路隧道结构水平位移的影响幅度小于5%,但公路隧道顶板与底板的相对水平位移峰值增大了20%,水平加速度峰值增大幅度大于5%,隔墙动应力峰值增大11%,底板结构应力峰值增大150%;2)影响公路隧道结构动力响应的结构接触面性质主要是切向刚度,切向刚度增大,接触面范围内的公路隧道底板下侧的动应力减小,而接触面两侧的公路隧道底板的动应力却有明显的增大。     

主缆-索鞍摩擦效应对悬索桥地震响应影响规律研究

为研究主缆-索鞍摩擦效应对悬索桥顺桥向地震响应的影响规律,以某主跨760 m的公路悬索桥为背景,建立全桥非线性有限元模型,采用动力时程分析,研究主缆-索鞍界面摩擦系数对界面滑移、结构损伤、关键截面抗震性能等结构响应的影响。结果表明：在设计地震下主缆-索鞍界面没有滑移,在极罕遇地震下,界面产生残余摩擦滑移,且滑移量随摩擦系数减小而显著增大;考虑界面滑移后对桥塔和桩基的损伤较为明显,当界面摩擦系数较小时可保护塔底截面安全;在设计地震下,各模型塔底抗震性能良好,在极罕遇地震下,界面摩擦系数不超过0.15时可提升桥塔抗震性能;悬索桥抗震设计时界面摩擦系数取0.15对桥塔设计是有利的。     

不同围岩和埋深条件下土-结构接触界面对衬砌结构横向地震响应特性的影响分析

土与地下结构在强震作用下易发生错动滑移,会对地下结构的抗震性能产生较大影响。为确保隧道的长期安全性,运用有限元分析方法研究不同围岩和埋深条件下土-结构接触面对盾构隧道衬砌结构横向地震响应特性的影响。结果表明： 1)随着土质条件的提高,无论土-结构接触界面有无考虑错动滑移情况,隧道衬砌结构的轴力极值均显著增大,而剪力和弯矩极值均显著减小,且由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度显著减小; 随着隧道埋深的增加,由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度逐渐减小。2)考虑土-结构接触界面错动滑移时,随着土质条件的提高和隧道埋深的增加,隧道衬砌各部位水平滑移量均逐渐减小。3)当隧道围岩条件较差或埋深较浅时,隧道衬砌结构的横截面抗震设计应充分考虑土-结构接触界面对隧道抗震性能的影响。     

长挑臂宽主梁斜拉桥地震响应及抗震分析

为了研究材料非线性和竖向地震动对长挑臂宽主梁斜拉桥地震响应的影响,分别按照弹性梁单元和弹塑性纤维单元建立了全桥有限元模型,采用非线性时程反应方法,对比分析了该桥的动力特性和地震响应。研究表明:弹性模型的各阶周期明显大于纤维模型,且两者对应的振型出现在不同的阶数;不管峰值加速度(PGA)大小如何,弹性模型都会大大高估主塔的地震内力响应,低估其位移响应,且PGA越大,误差也越大;竖向地震动对主塔纵桥向的地震响应影响较大,对横桥向影响很小;随着PGA的增大,竖向地震动的影响也越大,不仅会大幅增大主塔的内力响应,而且会改变主塔的位移分布规律。因此,长挑臂宽主梁斜拉桥的抗震分析必须同时考虑材料非线性和竖向地震动的影响,尤其当PGA较大时。     

黏质粉土中在单向地震动输入下的低承台桩基动力响应特征分析

针对均质黏质粉土场地中上部荷载一定而设计了五桩一承台的布桩方式,采用强震记录的El-Centro-NS波前30 s地震动加速度时程作为地震动输入时程,进行了单向地震动输入的数值模拟,揭示了动力响应的特征及机理。数值模拟研究表明:墩顶、墩底、桩顶的加速度峰值分别是输入加速度峰值的2倍、0.8倍和0.76倍,表明上部结构的运动效应受结构惯性力影响更大;地表结构物的结构尺寸、荷载对地震响应具有显著的影响;承台与承台侧土体对加速度具有一定的削减作用。承台底面土体沉降先随着地震动小幅度波动,之后随着地震动幅值的增大,沉降迅速放大。五桩一承台布桩方式下,五根桩加速度峰值自桩端向上先增大,至埋深25 m附近开始减小,至埋深13 m附近峰值加速度减小到最小,再向上加速度峰值又迅速放大。     

高烈度地震区冻土公路隧道结构动力特性研究

为揭示高烈度地震区冻土公路隧道震动特性,借助有限元软件分别研究了多年冻土隧道在全冻、1～10m融化圈以及季节性冻土隧道在全融、1～10m冻结圈状态下,围岩与结构地震加速度、位移等动力时程响应特性。结果表明:多年冻土隧道随着融化圈深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐增大。融化圈为1m时地震影响最小,与全冻结状态下相比,洞顶加速度减小约9%,洞顶位移减小约22%,即适当厚度的融化圈具有一定的减震作用;季节性冻土隧道随着冻结深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐减小。冻结深度为10m时,地表及洞顶加速度达到最小值,全融状态下,地表及洞顶加速度达到最大值。此外,全冻状态下地表及洞顶位移小于全融状态,即全冻状态下地震作用时,破坏作用较全融状态下小。     

考虑支座摩擦滑移的高墩弯桥地震响应分析

为研究高墩弯桥在考虑支座摩擦滑移后地震响应的特点和规律，采用Midas civil软件建立了2联连续弯桥有限元模型。基于板式橡胶支座的双折线恢复力模型，研究了支座剪切刚度对地震响应的影响规律。研究结果表明：考虑支座的摩擦滑移效应后，墩顶最大位移减小了5.5%，墩底最大弯矩减小了4.7%，墩底最大剪力增大了27.1%；随着支座剪切刚度的增加，墩底弯矩和墩顶纵向最大位移先增大后减小，墩底剪力和梁体纵向最大位移逐渐减小。     

场地类别对装配式地铁车站结构地震响应的影响

为研究装配式地铁车站结构在不同场地条件下的地震响应,基于有限元软件,建立地层-装配式地铁车站结构三维静动力耦合非线性有限元分析模型,分析不同场地类别、不同地震动峰值加速度以及竖向地震动条件下装配式地铁车站结构的地震响应,并给出装配式地铁车站的加速度、变形、应力及塑性损伤的变化规律。分析表明： 1）场地类别由Ⅱ类变为Ⅲ类时,车站结构顶底间最大相对水平位移与接头张开角逐渐增大,且增长幅度变大,但接头张开角仍较小(<0.10°),验证了接头的稳定性和安全性; 2）在Ⅲ类场地条件下,拱腰、拱肩以及侧墙上下端附近的围护结构等位置易出现塑性损伤; 3）相比单向水平地震动,增加竖向地震动会显著增大装配式地铁车站结构的变形、应力、接头张开角及塑性损伤。总体来看,在Ⅱ类场地条件下,输入地震动峰值加速度分别为0.1g和0.2g时,结构基本处于弹性工作状态; 在Ⅲ类场地条件下,输入地震动峰值加速度为0.4g时,结构处于弹塑性工作状态且塑性区体积较大。     

汶川地震岩质边坡崩塌机理分析

为研究岩质边坡的地震崩塌机理,对汶川地震广岳铁路沿线岩质边坡进行震害调查,发现与拟静力分析的滑移假设不同,地震作用下块体崩塌具有抛射特征。通过对楔形块体岩质边坡模型进行有限差分动力数值计算,发现水平地震动作用下块体顶部会产生0.9倍水平向峰值加速度的垂直向峰值加速度,块体内部的水平向峰值加速度约为相同高度完好岩体水平向峰值加速度的2倍;块体在强地震作用下产生的是斜向下抛射运动而非平抛运动,初始速度矢量与水平面的夹角约为41.6°。研究初步揭示了岩质边坡在地震作用下的崩塌机理,为深入揭示块体的地震动响应规律奠定了基础。     

上软下硬地层大跨无柱地铁车站地震响应分析

为研究大跨度无柱地铁地下车站结构在上软下硬地层中的地震响应,以广州地铁11号线为依托工程,采用ABAQUS软件开展该类复合地层中车站结构的震害规律分析,对比研究软硬地层交界面处于车站结构不同位置时结构地震动响应特性的异同及规律。结果表明:1)在强震作用下,软硬交界面分别位于中板上下两侧时结构的损伤程度、最大相对水平位移、残余变形量及摆动形态均有很大差异;2)随着地震波峰值加速度的增大,交界面处于中板及以下时,其位置的变化造成车站结构地震响应的变化程度比交界面处于中板及以上时有大幅增长;3)车站结构顶板相对底板的加速度放大系数与地震波大小及软硬地层交界面的埋深密切相关;4)车站结构的地震响应随软硬地层间剪切模量比值的变化在一定范围内产生较大变化,当剪切模量比值小于1/40时,地震响应的变化趋势将不再显著。     

矩形波纹钢地下综合管廊结构抗震性能分析

本文以矩形断面波纹钢综合管廊结构为主要研究对象，结合有限元软件建立土层-结构数值模型，系统地探究了地震加速度峰值、波纹钢结构刚度、土体刚度等因素对矩形断面波纹钢综合管廊结构抗震性能的影响规律，明确了矩形断面波纹钢综合管廊结构在地震荷载作用下不同工况的最不利受力和变形位置。研究结果表明管廊结构内力与变形随地震加速度峰值增大而增大；管廊结构刚度增大，结构内力随之增大，相反地结构变形随之减小；管廊结构内力、变形和层间位移角均随土体刚度的增大而减小，且土层刚度越小，对结构变形影响更为明显。     

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。     

摩擦摆支座参数对隔震桥梁地震响应的影响

为了研究摩擦摆支座隔震桥梁的地震响应特性,结合某在建城市轨道交通大跨连续梁桥,考虑摩擦摆支座的非线性滞回模型,采用ANSYS有限元软件建立全桥模型,通过非线性时程分析方法,研究了摩擦摆支座的摩擦系数、曲率半径及抗剪栓钉抗力等因素对连续梁桥地震响应的影响。结果表明:在纵向地震动作用下,随着摩擦系数的增大,墩底最大弯矩和墩顶最大位移不断增大;随着曲率半径的增大,主墩墩底弯矩逐渐减小;随着栓钉抗力的增大,制动墩墩底最大纵向弯矩、墩顶最大纵向位移先保持不变后增长明显。因此,建议摩擦摆支座中栓钉的抗力不宜过高。     

考虑行波效应的大跨度双塔斜拉桥地震响应分析

为研究行波效应对大跨度斜拉桥索力和墩/塔内力的影响,利用MIDAS/Civil建立某大跨度双塔斜拉桥有限元模型,采用相对位移法,分析不同地震波速度下拉索的索力响应、墩/塔底的内力响应、主梁和塔顶的位移响应,并将其与一致激励下地震响应相比较。结果表明,考虑行波效应,低波速时索力峰值大于一致激励下索力峰值,但随着波速的增大,行波效应对索力的影响逐渐减弱;随着波速的增大,行波效应对桥梁结构位移和内力的影响减小;行波效应对各墩/塔底内力的影响不相同,与一致激励相比,不同部位的内力响应有增有减,低波速对墩/塔底内力的影响最明显;考虑行波效应,主梁跨中和塔顶的纵向位移较一致激励下减小,对结构有利,但主梁跨中竖向位移增幅较大,不利于结构抗震,设计时应予以重视。     

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。     

超大跨斜拉桥群桩基础多点振动台试验

为研究一致激励条件下大跨度桥梁群桩基础的地震响应,以一座试设计斜拉桥(全长2 672m,主跨1 400m)为原型,设计了1/70的桩-土-桥梁结构全桥物理模型,基于该全桥模型开展群桩基础振动台试验研究。采用微粒混凝土和铁丝制作钢筋混凝土主塔和桥墩,C40混凝土和6mm螺纹钢制作桩基础和承台,质量比为3∶1的砂子和木屑模拟土体。模型包含8组群桩基础,分别支撑过渡墩、辅助墩和主塔。地震波采用人工波Acce100,自然地震波El Centro,Mexico City和Chi-Chi,以研究不同卓越频率地震波输入对大跨度桥梁群桩基础的影响。分析群桩基础的地震反应规律,包括不同桥墩处桩基础的桩身加速度、位移和弯矩。结果表明:因不同位置处群桩基础振动特性不同,相同地震动经各群桩基础传递至过渡墩、辅助墩和主塔底部,产生不同变化,导致不同桥墩或主塔处输入上部结构的激励不同;支撑辅助墩和主塔的群桩基础,桩顶加速度和相对位移随着输入地震波加速度峰值的增加而增加,但峰值加速度放大系数降低。4种地震波中Chi-Chi波引起的各群桩基础桩顶相对位移和桩顶弯矩响应最大;输入地震动为Mexico City波时,过渡墩处的群桩基础桩顶相对位移、加速度峰值放大系数大于辅助墩处群桩基础的相对位移和放大系数,输入地震动为其他3种地震波时,结果相反。     

双级加筋土挡墙动力特性振动台试验

针对目前多级加筋土挡墙动力试验研究不足的状况,通过大型振动台模型试验对地震荷载作用下双级土工格栅加筋土挡墙的动力特性进行研究。运用Bockinghamπ定理对双级土工格栅加筋土挡墙模型进行相似设计,采用标准砂作为回填砂、混凝土砌块作为挡墙和土工格栅作为筋材构成试验模型,并测试墙体和回填土的反应特性,得到土压力、墙面位移和土体加速度。试验结果表明:地震作用下挡墙立面墙体呈现倾斜并带有屈曲外鼓变形模式;挡墙水平位移、顶部沉降及分层沉降均随着地震峰值加速度增大而增大,最大值发生在挡墙顶部;随着输入地震荷载增大,砌块式挡墙缝隙中先出现淌砂,最后顶部模型砖掉落,挡墙破坏;加速度沿墙高存在放大效应,地震峰值加速度放大系数随着峰值加速度的增大而减小;下级挡墙峰值动土压力均呈现"中间大两端小"分布规律;上级挡墙峰值动土压力在小震时呈现"中间大两端小",强震时呈现"中间小两端大"分布规律;台阶处下级挡墙顶部动土压力和水平位移均大于上级挡墙底部相应值。研究成果可为双级土工格栅加筋土挡墙的抗震设计提供理论支持。     

地震作用下含地下水边坡动力响应耦合分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立赋含地下水的三维土质边坡模型,并基于Byrne动孔压增长模型,研究了不同地下水位下边坡的加速度、速度、频谱地震动力响应规律;分析了超静孔隙水压力变化规律。结果表明:在地震作用下,边坡对地震动加速度具有垂直放大效应和临空面放大效应,随着距坡面距离的减小,坡内加速度放大系数呈先减小后增大的趋势,含地下水边坡的放大作用大于无水边坡;速度放大系数沿坡面高程增加而增加,坡内速度放大系数变化规律与加速度一致;边坡主要对地震动的低频成分起放大作用,傅里叶谱峰值随地下水位升高而降低;边坡坡脚位置处超静孔隙水压力最小,但超孔比最大,极易发生液化。     

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。