基于实测波形的地震烈度信息快速确定算法及地震信息在铁路上的应用技术研究

目前，铁路系统由于在地震发生后不能快速得到地震烈度破坏信息，只能通过安排全线人工巡检的方式来确定线路受损情况，耗时长、效率低，严重干扰了铁路的正常运输次序。提出一种基于实测波形的地震烈度信息快速确定算法，并对地震信息在铁路上的应用技术进行研究，该算法可在地震发生后快速计算烈度信息并自动生成局管范围内线路巡检建议。试验结果证明：该算法耗时小，产出也较为精确，能在19s产出断层长度与走向，其结果与震后调查烈度分布基本一致；设计的地震动参数信息处理软件能计算地震烈度影响铁路范围，实时向铁路运维人员提供烈度及巡检建议，便于运维人员快速掌握灾情，制定巡检策略，有针对性地巡检线路，节省了震后恢复时间，提高了铁路运输生产效率。     

高层钢-混凝土混合结构的弹塑性时程分析

采用ABAQUS通用有限元软件分析钢-混凝土混合结构在地震作用下的动力特性及动力时程反应,得到了结构在不同地震烈度下的顶点位移时程、加速度时程、楼层位移及层间位移角反应;并研究了地震作用下混合结构的开裂、屈服与破坏情况。研究结果表明:混合结构的楼层侧移呈弯剪综合的变形特性;结构的最大层间位移角发生在结构的中下部楼层,且随地震烈度加大,最大层间位移角出现的楼层位置呈下移趋势;混凝土核心筒的连梁先于底层剪力墙发生破坏而成为结构的薄弱环节。     

地震对有砟轨道横向变形影响分析

应用动态时程分析理论和有限元方法,分别选取美国EI-Centro地震波(适用于二类场地)和LomaPrieta地震波(适用于三类场地),研究水平地震作用下不同半径曲线轨道和直线轨道横向变形的特点,研究不同地震烈度地震波对有砟轨道横向弯曲变形的影响规律,初步建立地震烈度和轨道横向变形程度之间的对应关系。研究结果表明,地震烈度在6度以下时,轨道无损坏或横向变形4 mm,无需维修可使用;地震烈度达到7、8度时,轨道横向变形可能达到数厘米,需要对轨道进行检测,必要时应进行维修后运营;地震烈度8度时,轨道变形明显增大,需对轨道进行维修或更换轨道。研究结果可为有砟轨道震后快速评估提供参考。     

地震烈度对高速列车行车安全性影响分析

为研究地震烈度对高速列车行车安全性的影响,以某型动车组为研究对象,建立地震环境下高速列车系统动力学模型。采用金井清功率谱密度函数来模拟地震动,求解出不同地震烈度下的金井清谱参数,将地震激励以位移的形式输入到模型中。以速度为250km/h的高速列车为例,从脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力这3个动力学性能指标对不同地震烈度下的高速列车进行动力学分析。分析结果表明,地震烈度大小对高速列车行车安全性有着重要影响,地震烈度在Ⅵ度及以下时,对该型高速列车行车安全性影响很小,可忽略不计,当超过Ⅵ度时,该型高速列车各动力学指标均超过限制值,对该型高速列车行车安全构成很大威胁。     

莫喀高铁不同设计基准期地震动峰值加速度取值分析

为莫喀高铁采用不同抗震设防标准提供相应动参数,在分析莫喀高铁地质地震构造和地震特征基础上,通过有关地震参数的相关性,计算不同设计基准期内不同超越概率对应的重现期、地震烈度、地震动峰值加速度,对比分析计算结果,地震动峰值加速度按照俄罗斯标准比中国大1. 32倍;给出任意基准期内不同超越概率下地震动参数的计算方法。     

加筋土挡墙地震稳定性时频分析研究

研究目的:大量研究结果表明地震波的持时、频率对加筋土挡墙的地震稳定性存在较为显著的影响,然而目前加筋土挡墙地震稳定性通常采用的拟静力法、极限位移法对其均不考虑。基于此,本文基于弹性波动理论,概化加筋土挡墙的动力分析模型,针对可延展性和不可延展性两种加筋材料,利用水平分层法建立受力平衡微分方程,借助Hilber-Huang变换,提出地震作用下加筋土挡墙地震稳定性的时频分析方法,为加筋土挡墙及其他类型支挡结构的抗震设计提供指导。研究结论:(1)提出了地震作用下能够考虑地震波三要素(峰值、频率以及持时)影响的加筋土挡墙地震稳定性的时频分析方法;(2)分析了筋材类型、地震烈度、填土内摩擦角以及输入波频率等单因素对加筋土挡墙筋材所需拉力总和的影响,结果表明:随着填土内摩擦角的减小、地震烈度的增大,加筋土挡墙地震稳定性变差,筋材所需拉力总和大幅增加,可延展性筋材所需拉力总和明显高于不可延展性筋材,筋材所需拉力总和随输入波频率的增大呈马鞍形分布,并且在输入波频率与加筋土挡墙系统自振频率相近时达到最大值;(3)对于可延展性筋材和不可延展性筋材来讲,按照现有规范只考虑峰值地震动不考虑输入波频率进行加筋土挡墙地震稳定性设计,可能会降低挡墙的地震安全储备;(4)随着填土内摩擦角的增加,主动破裂角逐渐增加;墙后填土的主动破裂角随地震动峰值加速度的增加而减小。     

公路桥梁震害特点研究及建议

研究目的:5.12汶川地震后,通过对几条公路上桥梁震害的调查,研究公路桥梁的震害特点和原因,以及既有公路桥梁抗震设计规范的不足,最终为新规范的编制提出建议。研究结论:我国主要城镇的抗震设防烈度与实际情况相差较大,应进一步进行完善和修订;抗震规范应增加跨越活动地质构造带桥梁的设计原则;抗震规范应要求对干线道路(生命线)上桥梁结构的抗震等级进行专门研究;进一步增强抗震构造措施要求;在高地震烈度区,应鼓励采用综合的抗震设计措施,以提高结构的抗震能力;在高地震烈度区,应针对抗震对桥梁施工方案提出明确要求。     

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。     

大跨度钢管混凝土拱桥地震响应分析

采用大型通用有限元前后处理软件MSC Patran建立大跨度铁路钢管混凝土拱桥的有限元模型.根据地震响应分析输入地震波的选择原则及桥址地震烈度,选用经过加速度幅值调整的EL-Centro地震波作为输入地震波,进行大跨度铁路钢管混凝土拱桥在水平地震波、三向地震波、一致激励和多点激励下结构的地震响应分析.分析结果表明:结构在水平地震波和三向地震波作用以及在一致激励和多点激励作用的地震响应差别很大,且没有简单明确的变化规律,因此必须采用同时考虑三向地震波和多点激励共同作用的动态时程分析法才能较真实的反应结构在地震作用下的实际受力状态和变形性能.     

不同方向地震荷载作用下公铁交叉隧道的振动加速度响应

以某公铁立体交叉隧道工程为依托,通过大型振动台试验研究铁路隧道正交下穿公路隧道时的地震响应.分析2个方向(x单向及xz双向)、3种地震烈度(Ⅶ-Ⅸ)、5种地震波加载幅值(0.10g～0.40g)组成的10种加载工况下的隧道振动加速度响应规律,并以地震波幅值0.20g作为振动加速度峰值突变分界点,采用连续小波变换方法分析...     

考虑跨数影响的单线铁路简支梁桥桥墩地震响应

针对8 m和25 m 2种墩高的单线铁路简支梁桥,研究跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立2跨,4跨,6跨和8跨共4种不同跨数的桥梁有限元模型。通过不同方向、不同烈度的地震动作用下地震响应的对比分析,确定跨数对中间桥墩地震响应的影响程度。研究结果表明:在纵向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而增加,并在跨数多于4跨时增加趋势变缓;在横向地震动作用下,中间桥墩地震响应随跨数的增加而先增加后减小,并在跨数为4跨时达到最大值。以上趋势随着墩高和地震烈度的增加而减小,但在桥墩屈服前后略有波动。因此,在进行单线铁路简支梁桥的普通高度桥墩地震响应分析时,为了同时提高计算精度和计算效率,建模跨数以4跨为宜。     

走滑型断裂破坏模式及隧道工程对策

研究目的:2022年1月8日青海省门源县发生6.9级地震,地震烈度达9度,地震造成兰新高铁大梁隧道和硫磺沟大桥等严重损坏。本文通过震害调查及监测分析,对地震变形破坏情况进行总结,并深入分析变形规律和震害整治方法。研究结论:(1)门源地震对大梁隧道造成了不同程度的破坏,在F₅断裂带附近隧道错断、扭转,结构损毁,往两端洞口衰减,以衬砌裂损、剥落掉块和环向裂缝(纹)为主;(2)根据损害程度可将隧道分为错断段、强影响段及震损段,在损害严重地段需拆除重建,需采用类圆形断面形式、初期支护与二次衬砌间铺设减震消能层、节段间设置宽2～3 cm变形缝等原则;(3)按隧道与断层的相对关系,分为穿越活动断裂和临近活动断裂两类,采用不同的设计方法,为断层附近隧道设计建造提供依据;(4)本文研究对我国高烈度地震及活动断裂隧道震害机理、抗震设计及减隔震技术研究等具有借鉴意义。     

边坡稳定性反演分析的简易方法

为了对斜坡进行较为客观的量化评判,分析其稳定状态,以九寨沟地区某铁路工程为背景,采用反演分析法,求得边坡在多种状态下的综合强度参数。从简化Janbu条分法出发,根据现场调查、历史地震烈度,分析斜坡在天然状态下和地震状态下的稳定系数k,并反演斜坡综合物理力学参数c、φ的取值范围。研究表明,天然状态下斜坡深层的滑动稳定系数为1. 2,地震状态下滑坡推力为460 k N/m,该滑坡的地质风险较小,线路可以从斜坡经过。     

高烈度地震区高路堤桩板墙的动力响应研究

研究目的:玉蒙铁路位于云南省境内,地质环境错综复杂并且活跃的新构造运动使得该区域地震多发。对于玉蒙铁路陡坡高路堤工点,设计采用路堤桩板式挡土墙支挡结构加固。为评价路堤桩板结构的抗震性能,研究支挡结构在地震动荷载作用下的稳定、沉降和变形,进行室内振动台模型试验,分析路堤桩板式挡土墙在不同地震加速度作用的动力响应,研究支挡结构的抗震可靠性,并与现行的设计计算方法进行对比分析。研究结论:(1)桩板式挡土墙的水平位移、桩身弯矩、挡土板的土压力随加速度增大而增大;(2)当地震烈度大于等于8度时,试验得到的桩身弯矩和挡土板土压力均较目前规范的拟静力法的计算设计值大,说明地震烈度小于等于7度时,可以按照传统的拟静力法进行设计,而当烈度大于等于8度时,则应该适当增大结构的安全系数;(3)该研究成果已成功应用于广大新双线铁路等高烈度地震区的路堤支挡加固工程中。     

地震作用下桥梁-CRTSⅡ型无砟轨道相互作用规律

为研究地震对桥梁纵连板式无砟轨道相互作用的影响,以沪昆高铁某16~32 m简支箱梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道系统为研究对象,建立充分考虑轨道结构层间非线性约束的三维动力仿真模型,探讨ElCentro波和Taft波2种常见地震激励对结构受力变形的影响,对比3种不同烈度的ElCentro波对系统动力特性的影响程度。研究结果表明:地震波的频谱特性与结构动力响应紧密联系,ElCentro波对结构纵向受力与变形影响较大;地震作用下,钢轨、桥墩和端刺承受着较大纵向力;扣件、滑动层和砂浆层各向位移均在梁缝处出现峰值,扣件和砂浆层纵向位移最大值出现在端刺附近;滑动层通过底座板滑移耗能,大幅度提高了系统的抗震性能;随着地震烈度的增加,各关键构件受力变形大幅增长。     

熔断机制在摇摆桥墩连续刚构桥中的应用

研究目的:为了提高连续刚构桥的抗震能力,通过在桥墩墩底横桥向增加一对钢筋混凝土构件(称之为"保险丝"),提出一种具有熔断机制的摇摆桥墩连续刚构桥新型结构体系。研究结论:(1)通过对该结构体系与传统墩底固结结构体系在多遇地震、设计地震和罕遇地震作用下,结构地震需求、桥墩损伤情况的对比,发现该新型结构体系具有良好的抗震性能;(2)通过研究"保险丝"的混凝土破坏和钢筋滞回曲线的情况,说明在强震作用下"保险丝"发生破坏(称之为熔断),其耗能作用和熔断后桥墩摇摆都减少了输入到结构中的地震能量,起到了很好的减震效果,使得桥梁在多遇地震作用下几乎不发生损伤,在设计地震和罕遇地震作用下把损伤程度降到最低、损伤范围减到最小;(3)研究成果对提高强震作用下桥梁的抗震性能具有指导意义。     

地震环境下高速列车最大安全运行速度分析

为研究地震环境对高速列车运行速度的影响,以某型动车组为研究对象,建立高速列车动力学模型。采用"金井清-田治见宏模型"对地震地面运动进行模拟,将模型中的地震动功率谱转换成位移功率谱,并求解出地震动的传递函数,将地震激励通过传递函数以位移的形式输入高速列车动力学模型中。以地震烈度7度为例,从脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等动力学性能指标对不同速度等级下的高速列车进行动力学分析,并得到一个高速列车最大安全运行速度的参考值。分析结果表明,在地震动作用下,高速列车运行速度的大小对其动力学性能有着不可忽视的影响,并且通过对比不同速度等级下高速列车的动力学性能指标,得出在地震烈度为7度时高速列车最大安全运行速度为50 km/h,对列车在突发地震时运行速度的调整具有一定的参考价值。     

基于IDA方法的地铁车辆基地TOD开发全框支剪力墙结构抗震性能评估

全框支剪力墙结构因上部塔楼剪力墙完全不落地而存在竖向构件不连续、刚度突变、大底盘多塔等不规则项，为综合有效评估此种超限结构的抗震性能，基于增量动力分析(IDA)方法得到不同地震烈度下结构最大层间位移角分布情况，并将结构性能水准划分5个等级，最终分析其地震易损性和损伤风险性。研究结果表明，结构随地震动峰值加速度(PGA)增大逐渐屈服并最终倒塌，不同地震记录时结构IDA曲线具有明显离散性；结构在7度多遇地震作用下处于正常使用性能水准的概率为97.914%,罕遇地震作用下结构倒塌的概率仅为0.053%;生命安全和接近倒塌性能水准对应的PGA中位数分别为1.287g和1.411g,远高于预估罕遇地震PGA;结构正常使用、基本可用、修复可用和接近倒塌性能水准50年超越概率分别为4.89%、1.74%、0.112%和0.046%。综上所述，结构满足预设抗震性能目标，具有良好的抗震性能及抗倒塌能力。     

汶川地震隧道概率易损性模型研究

地震概率易损性模型是一种在地震发生后快速且较准确地估算震害损失的方法[1]。本文基于汶川地震的震害调查资料,将汶川地震中所调查隧道的破坏形式分为14种,根据震害程度将隧道的破坏状态分为轻微破坏、中度破坏、严重破坏和完全损毁4种,为方便模型的建立,将隧道结构分为洞口段、断层破碎段和普通段。统计分析调查资料,可以得到每一类隧道结构发生某一种破坏状态的统计概率,再结合隧道对应每一种破坏状态的破坏比,建立隧道的概率易损性模型。依据本文建立的隧道概率易损性模型可能在今后发生类似地震时快速地估计地震灾害损失。     

大跨度劲性骨架拱桥Pushover分析方法

以一座铁路上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为对象,对Pushover方法在抗震性能评估中的适用性进行研究。首先,根据桥梁的结构特点选取适宜的加载模式以及控制节点进行Pushover分析得到结构的能力谱曲线;然后,根据选取的地震波建立需求谱曲线,基于能力谱曲线迭代求解结构的性能点,将性能点求解的拱肋线形、应力与非线性时程分析结果进行对比验证;最后,基于刚度退化模型提出劲性骨架拱桥地震损伤模型,采用损伤指数对劲性骨架拱桥地震损伤程度进行量化,并对不同地震烈度下结构地震损伤进行评估。结果表明：拱肋线形Pushover方法与非线性时程分析的计算结果比较接近;两种方法在拱肋应力突变位置以及屈服位置比较接近;结构在0.3g、0.4g地震作用下基本完好,0.8g时产生了轻微损伤,4.0g地震作用下桥梁严重破坏。Pushover方法与非线性时程分析结果的对比验证了Pushover方法应用于大跨度劲性骨架拱桥抗震性能评估的可行性。