跨断层桥梁地震响应特性研究

为了解跨断层桥梁地震响应规律,为桥梁抗震设计与研究提供参考,以一座跨越走滑断层梁桥为研究对象,利用混合模拟法合成了跨断层桥梁地面运动时程,基于地震动位移输入模型,采用非线性时程分析法计算了该桥的结构地震响应,并从内力和位移响应方面与对应近断层桥梁进行了对比分析。结果表明:跨断层梁桥的桥墩承受较大扭矩;在断层错动方向,断层两侧主梁、支座及桥墩的内力、位移响应方向相反,地震动结束后,存在显著的残余内力和位移,具有较大的结构破坏风险。建议设计时应基于跨断层桥梁的地震响应特性,进行针对性的抗震设防,以减轻或避免结构破坏带来的不利影响。     

关山隧道断层破碎带三维有限元地震动力响应

以华庄公路关山隧道为研究对象,通过建立大型三维有限元模型,采用一种人工构成的短时间正弦扫描Johnson/Epstein地震记录进行地震动力分析.该记录具有在较短时程内包含较大的实际地震频率范围的特点,从而减小计算分析的持续时间.通过对3种工况(不设置抗震缝、设置2条和3条抗震缝)计算,结果表明:关山隧道衬砌结构的动力...     

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...     

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...     

近断层多脉冲地震动作用下斜拉桥地震响应特征分析

为确定近断层多脉冲地震动的水平最强能量方向对大跨斜拉桥地震响应的影响,以港珠澳大桥青州航道桥(主跨458m双塔双索面钢箱梁斜拉桥)为背景,采用LS-DYNA程序建立全桥有限元模型,将利用多脉冲小波分析方法提取的地震动(PS类,对应水平脉冲能量最大方向上的地震动)和相应的原始记录地震动(RS类,对应地震动2个水平分量中峰值加速度较大的分量)分别沿顺桥向输入,分析桥塔、桥墩、斜拉索的位移和内力响应特征。结果表明:PS类地震动作用下,该桥塔顶纵向位移和墩顶纵向位移特征值比RS类地震动作用下分别提高35%、23.53%,塔底横向弯矩、墩底横向弯矩、墩底纵向剪力特征值比RS类地震动作用下分别增大6.92%、5.79%、14.16%;2类地震动作用下,塔底纵向剪力和斜拉索索力特征值相差不大。     

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.     

砂卵石地层隧道衬砌结构力学特性研究

为了解砂卵石地层隧道衬砌结构的力学特性,以青海省境内公伯峡砂卵石地层隧道为工程背景,通过工程现场测试工作,分析研究了初支与二衬之间的接触压力变化规律及二衬的受荷特性。研究结果表明:初支与二衬的接触压力大多是开始缓慢下降,随后逐渐收敛。接触压力沿洞周空间分布并不对称,右半断面普遍大于左半断面;二衬轴力值随时间的变化先是上升达到峰值后下降,最后趋于稳定。空间分布上,轴力值亦是右半断面大于左半断面;而二衬弯矩值前期都有下降的趋势,后期规律不太明显。研究成果对后续类似隧道的施工及设计具有一定的参考价值。     

近场脉冲地震作用下穿越断层带隧道地震响应

在地震动峰值、速度脉冲及结构的地震响应等方面,近场地震动常表现出和远场地震动不同的特性。依据地震动破坏势从NGA-West2地震动库中选出2条近场脉冲型地震动,并与2条远场地震动进行对比分析,从而得到其频谱特性,即近场脉冲型地震波具有较明显的速度幅值,PGV与PGA比值及PGD与PGA比值较大,速度敏感区位于长周期段等特点。结合都汶高速公路龙洞子隧道工程,建立穿越断层带的隧道结构三维有限元模型,并以横断面方向分别输入近、远场地震波进行计算,研究近场脉冲型地震作用下穿越断层带隧道结构地震响应特性。结果表明：在近场脉冲型地震动作用下隧道的等效应变峰值较远场地震动大,并且在速度脉冲特性更显著的集集地震波作用下的应变峰值更大;与远离断层处相比,在断层面附近隧道横断面的等效应变峰值分布规律发生了变化,其横截面等效应变峰值最大处由拱脚变为拱顶,且在4种地震波作用下拱顶处结构的等效应变均超过了混凝土的峰值应变,进入破坏阶段;断层带内的隧道地震响应明显强于围岩条件较好的地层中的隧道,而断层带与较好围岩交界面附近的隧道地震响应更为剧烈,应变峰值随距断层距离的增大而迅速衰减。所得数值模拟结果与实际震害现象一致,可以为近场脉冲型地震动作用下穿越断层隧道的抗震设防提供参考。     

埋置式波纹钢-混凝土受力特性及地震动响应研究

埋置式波纹钢-混凝土结构多用于公路明挖隧道和棚洞,但目前对该类结构的研究较少。以某绕城高速公路为例,针对在高填方填土荷载及地震动力荷载作用下,研究明挖隧道中使用波纹钢-混凝土结构作为顶棚的安全性及其地震动力响应规律。研究表明：1)在填土及地震动力荷载作用下,波纹钢-混凝土结构具有良好的整体受力性能,其挠度与应力均满足静力荷载下的安全要求;2)在选用的卧龙波作用下,波纹钢-混凝土结构在左侧拱肩处位移响应最大,在左侧拱肩至拱顶处应力与加速度响应最大;3)结构不同波峰、波谷、波中截面的地震动力响应差异不大。     

穿越断层破碎带隧道支护结构受力特性分析

依托雅康高速公路紫石隧道,建立三维数值模型,运用有限差分软件分析围岩施工期的应力和变形特征,研究穿越断层破碎带隧道的支护结构受力特性.结果表明:断层破碎带处围岩和衬砌的变形相对普通断面均较大;在断层破碎带与普通岩体交界处会产生非均匀变形,导致衬砌结构出现压应力集中现象;隧道二衬达到受力稳定状态需要较长时间,且安全系数较...     

富水隧道施工期及运营期衬砌结构力学特性研究

以米亚罗3号隧道为依托工程,首先通过现场实测应力监测数据,对米亚罗3号隧道施工期支护结构应力的演变规律进行了分析研究;然后进一步借助数值分析软件,对不同初始水头高度下,米亚罗3号隧道运营期间围岩和衬砌结构的力学特征进行了研究.应力监测结果表明:隧道上台阶开挖后,拱顶和拱肩处的围岩一初支接触压力、钢拱架应力和外水压力迅速...     

穿越断层破碎带隧道减震措施研究

隧道本身具有良好的抗震性能,但是近年来大量震害研究调查发现,穿越断层破碎带的隧道很容易遭受严重破坏,开展穿越断层破碎带隧道动力响应和减震措施研究具有重大现实意义。基于数值计算并结合雅泸高速公路勒不果喇吉隧道,研究了穿越断层破碎带隧道的抗减震措施。结果显示,减震层对穿越断层隧道的减震效果明显;合理减小隧道衬砌刚度,对穿越断层隧道减震是有利的。     

花果山隧道断层带施工技术

以大秦铁路花果山隧道为工程背景,就隧道穿越断层破碎带所采用的施工方法,断层带的注浆堵水技术及断层带地段隧道施工注意的问题等进行了论述。总结出“预注浆、短开挖、弱爆破、强喷锚、勤量测、紧衬砌”等一套穿越断层的成功经验。供同类工程参考。     

逆断层黏滑错动对跨断层隧道影响机制的模型试验研究

为指导隧道穿越活动断层时的抗错断设计,避免逆断层黏滑错动造成跨断层隧道结构的严重破坏,以棋盘石隧道为工程背景,通过 1 ∶ 50 相似模型试验,研究逆断层黏滑错动所引起的山岭隧道破坏模式,分析隧道和地层变形过程及破坏特征,得到以下结论: 1)逆断层错动在断层迹线附近地层形成剪切带,剪切带沿着断层线略微凸向试验装置上盘的弧线方向发展。2)断层错动对试验装置上盘内隧道变形破坏的影响大于下盘,最大土压力和最大纵向应变主要分布在上盘隧道中; 土压力和纵向应变变化规律相似,均随错动位移的增加而不断增加。3)隧道最终破坏为逆断层下的剪切破坏,局部伴随张拉破坏,剪切破坏主要表现为变形缝两侧隧道衬砌脱落和纵向裂缝;断层错动对隧道影响区域主要集中在断层破碎带及附近2D(D 为隧道洞径)区域,尤其是试验装置上盘部分,在跨断层隧道的设计阶段需引起足够重视。     

隧道断层破碎带对隧道施工稳定性的影响研究

采用数值分析方法,研究了隧道断层破碎带对施工期间拱顶位移、边墙主应力以及喷射混凝土内力的影响.分析结果认为,隧道开挖时,对断层带的拱顶下沉位移影响较大,但存在一定的影响范围.隧道拱顶和边墙发生塌方破坏的可能性最大,需要加强对断层带隧道施工过程的围岩变形监测,确保施工安全.     

带缺陷隧道底板结构空气耦合冲击回波响应特性研究

针对隧道底板中空腔、含水、裂缝等结构内部损伤情况,为提高传统接触式冲击回波方法的检测效率,从气-固耦合的角度出发,以空气作为底板结构与检测系统之间应力波传播的耦合介质,开展隧道底板结构内部缺陷的空气耦合冲击回波响应特性研究。研究结果表明： 1）采用空气耦合冲击回波的方法确定的底板结构内部缺陷深度与缺陷理论深度值基本吻合; 2）检测系统的精度与缺陷尺寸及深度有关,随着缺陷尺寸的减小及深度增加,检测精度逐渐降低; 3）空气耦合冲击回波方法对空腔和含水缺陷的检测效果优于裂缝缺陷检测效果。     

桃湾隧道断层带施工监测分析研究

介绍了桃湾隧道F 1断层带台阶法施工的监控量测工作,总结了拱顶下沉与洞周水平收敛等围岩变形特征,分析了施工过程中支护衬砌结构的受力状况,配合和指导其新奥法施工。     

长大隧道穿越断层带拟动力分析模型研究

以秦岭隧道工程为背景,运用拟动力数值模拟,研究了穿越断层的隧道在发生地震时的稳定性与地震响应。通过对拟动力数值计算,分析穿越断层破碎带时,隧道纵向的响应特征。得出以下主要结论:基于超前地质预报信息,获得数值模拟计算参数,建立了用于模拟发震断层的拟动力计算模型;①由断层错动引起衬砌的内力变化主要集中在活动断层附近,距离断层破碎带越远,衬砌所受断层影响越小,内力也越小;②所建模型基于静力计算,较动力计算更为便捷。     

近场长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应的影响研究

针对减隔震桥梁,选取不同的地震动激励,采用非线性时程分析方法,分析了长周期地震动脉冲特性对减隔震桥梁地震响应和减震效果的影响,并与非减隔震桥梁进行对比。结果表明,长周期地震动的脉冲特性对支座减隔震性能的发挥较为不利,但尚具有一定的减隔震作用;在脉冲型地震动作用下,桥梁的地震响应明显大于脉冲特性不明显地震动作用时的响应,尤其主梁纵向位移放大了3~6倍,应加强防落梁措施。在长周期地震动影响较大的区域修建减隔震桥梁时应关注地震动的脉冲特性对其产生的不利影响。