地震作用下变截面钢管混凝土单桩动力响应

为了探讨桥梁位于软弱土层时,地震作用下变截面钢管混凝土桩基的动力响应,以翔安大桥为工程背景,利用FLAC3D有限元软件建立地震作用下桩-岩土体-钢管耦合作用的数值模型,研究在不同强度的地震作用下变截面钢管混凝土单桩和变截面普通混凝土单桩桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩的动力响应差异.结果表明:变截面钢管混凝土单桩在地震作用下的桩身加速度、加速度放大系数、桩身位移最大值和桩身弯矩变化规律均同变截面普通混凝土单桩类似,但钢管使桩身加速度放大系数降低、桩基抵抗侧向变形能力和抗弯承载力提高.因此,钢管可以显著提升地震作用下桩基的抵抗变形能力和承载力.

基于极限分析上限法的地震作用下分层地基盾构隧道开挖面稳定性研究

目前针对盾构隧道开挖面稳定性的研究还较少考虑土体分层特性和地震作用的耦合影响,因此构建了一种在分层土体中考虑地震作用的开挖面三维对数螺旋破坏模型进行研究。首先,将地震引起的动态响应通过拟静力法简化为水平和竖直两个方向上的惯性力作用;其次,在均质土体中的三维对数螺旋破坏机制的基础上,将其改进为适用于分层土体的三维对数螺旋破坏机制;再次,根据上限定理,在虚功率方程中引入地震惯性力所做功率,得到考虑土体分层特性和地震作用条件下的盾构隧道开挖面支护力的上限解;最后,将上限理论解与三维数值模拟结果和既有模型试验结果进行对比,得到了较好的一致性。此外,针对水平地震加速度系数和地层厚度对关键物理特征进行了影响因素分析。结果表明,当比例系数ζ>0时,极限支护力随水平地震加速度系数的增大显著增大;当ζ<0时,极限支护力随水平地震加速度系数增大而增大的趋势减弱。当水平地震加速度系数kh=0时,即在无地震作用情况下,归一化极限支护力不随ζ的变化而变化;在上硬下软土层中,下部土层厚度比的增大会引起极限支护力的增大,在上软下硬土层中,下部土层厚度比的增大会引起极限支护力的减小。

地震作用下含弱层顺向坡响应规律分析

以抚顺西露天矿南帮含弱层顺向坡作为参考原型,利用FLAC3D软件模拟实际地震动及地震动输入、斜坡模型的边界条件、岩体参数以及网格模型划分,对含弱层顺向坡进行数值模拟计算,通过监测点的加速度和速度探讨含弱层顺向坡在地震作用下的响应规律。研究结果表明:(1)地震作用下对于含单一弱层斜坡响应特征起到决定性的影响因素是弱层的厚度,在地震荷载作用下影响斜坡的稳定程度要大于单一弱层倾角的影响。(2)通过弱层与斜坡坡面的相交部位监测点2#在水平方向速度可以得出,厚度对于X方向的速度大小影响程度较大。(3)对于地震作用下双弱层特性斜坡的响应规律分析时,弱层与斜坡相交部位的破坏响应规律会随着坡高的增大而有所变化,双弱层监测点3#的加速度幅值变化及速度变化程度均比双弱层监测点2#明显。地震作用下顺向坡的响应规律与含有弱层的倾角、厚度和弱层的数量位置有关,在对斜坡的治理与防护的过程中应当充分考虑地震与弱层特性的耦合作用对斜坡稳定性的影响。

地震作用下双层土质边坡稳定性上限分析

为探究地震作用对双层土质边坡稳定性的影响,基于极限分析上限理论,建立了地震作用下双层土质边坡旋转破坏机构。采用拟静力法简化地震荷载作用,推导了双层土质边坡安全系数表达式。分析土体黏聚力比、边坡坡角以及地震作用对双层土质边坡稳定性及其滑动面参数的影响。研究结果表明:在水平地震作用下,随着黏聚力比的增大,边坡安全系数呈非线性增大且潜在滑动面变浅;当水平地震作用增强时,边坡失稳破坏范围显著加大;随着竖向地震系数及黏聚力比的增大,边坡安全系数略微降低;水平地震作用增强时,竖向地震作用对边坡稳定性的影响逐渐增大,此时需要考虑竖向地震的影响。

风与地震作用下平面索网幕墙系统的动力性能研究

平面索网幕墙被广泛应用于大型公共建筑中,因具有阻尼小、刚度低、非线性强等特点,其在强风与地震作用下易出现索力突变、变形过大、面板损伤等不利现象。建立了索网幕墙系统的精细化数值模型,量化了风、地震作用下相邻主结构对幕墙动力性能的影响,分析了两种灾害共同作用下的索网动力响应及面板、密封胶安全状态,计算了幕墙的风振系数并与规范参考值进行对比。研究结果表明:考虑主结构影响的索网幕墙的频率平均减小了12%,地震作用下中部拉索的峰值位移比为6.5,远大于风致响应,计算索网幕墙的地震响应时不可忽略主结构的影响。两种灾害共同作用时,索网位移的增幅大于索力的增幅,位移响应对外部激励变化更加敏感,且位于幕墙顶部的玻璃面板与密封胶的应力均超过设计强度,应在运维过程中予以重点关注。此外,对索网幕墙风致响应结果进行数理统计,得到了可供工程设计参考的风振系数。

考虑竖向地震作用的连体结构地震易损性分析

为了探讨竖向地震分量对连体建筑结构抗震性能的影响,以某连体结构为例,利用增量动力分析方法研究了水平地震作用、水平向与竖向联合作用下连体结构的地震响应及易损性。结果表明:与水平向地震动作用相比,在竖向与水平向地震动联合作用下,连体结构最大层间位移角明显较大,二者之间的差异随着地震动幅值的增加而增加;竖向地震的作用增加了连体结构发生各级破坏的概率,显著增加了其发生“修复后使用”及以上等级破坏的可能性,但总体而言,三向地震作用下该连体结构仍满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。

考虑地震作用和非线性强度的三维土坡极限分析

地震是边坡稳定性问题的一个不利因素,地震作用对非线性准则下三维土坡稳定性的影响有待进一步研究.针对水平地震作用下三维均质土坡,构建了非线性准则下的三维转动滑动破坏机制(坡底破坏机制和坡面破坏机制).采用拟静力法考虑水平地震载荷的做功功率,建立了两种三维边坡滑动体的能量平衡方程.对于给定几何参数和强度参数的三维土坡,通过数值优化方法得到了边坡稳定系数、最危险滑动面和等效强度参数,分析了水平地震作用对三维土坡稳定性及等效强度参数的影响,绘制了可供实际工程参考的边坡稳定性图表.研究结果显示:三维土坡稳定性将随着水平地震作用的增大而降低,特别是对于坡度较小、宽度较大的边坡,其稳定性的降低程度更为显著.水平地震作用只有在非线性参数比c_(0)/σ_(0)较大时才会对等效强度参数产生一定的影响:随着水平地震作用的增大,等效内摩擦角将递增,等效黏聚力将递减.边坡最危险滑动面位置将随着水平地震作用的增大而有所加深,且其滑动面的三维特性将变得显著.

竖向地震作用下层间隔震结构的动力反应研究

文章针对竖向地震作用下高层结构隔震层位置变化对结构竖向动力反应的影响问题,研究5种层间隔震结构分别在3种竖向地震作用下的竖向动力反应。以国际平台的20层Benchmark钢结构模型为基准模型,利用ANSYS软件建立隔振层分别位于第1层、第3层、第5层、第7层和第9层的层间隔震结构有限元数值模型,对比分析5种层间隔震结构分别在竖向ElCentro波、竖向Taft波、竖向天津波作用下的楼层竖向位移、楼层位移角、楼层竖向加速度和基底轴力等竖向动力反应。结果表明:在竖向地震作用下,楼层竖向位移和楼层位移角控制效果较差,甚至会出现增大的现象,基底轴力具有较小的控制效果;随着隔震层位置的升高,楼层竖向加速度和基底轴力均逐渐增大,但当隔震层位于第9层时,楼层竖向加速度和基底轴力相较于隔震层位于第7层时有一定的减小。该文研究成果可用于考虑竖向地震作用的高层结构抗震设计。

地震作用下滨海岛礁吹填砂地层液化规律及隧道动力响应特性

以厦门地铁3号线工程为依托,通过FLAC 3D软件结合反映混凝土损伤的弹塑性模型建立土-盾构隧道相互作用模型,探究地震作用下吹填砂地层的液化发展规律及盾构隧道动力响应特征。结果表明:在地震荷载作用下,远离盾构隧道处孔隙水压力、有效应力均逐步上升最后趋于稳定,而在盾构隧道附近处有效应力先减小后增大,超孔隙水压力先增大后减小;地震结束时刻管片损伤最大值在拱腰至拱脚之间,但远小于混凝土的破坏限值;地震引起的损伤增量在拱顶与拱底处最小,在拱腰与拱脚附近最大,故拱腰至拱脚处为隧道衬砌结构抗震最不利部分。

地震作用下冷库外围护砌体墙平面外动力响应规律研究

为探究冷库外围护砌体墙在地震作用下平面外动力响应规律,采用ABAQUS软件对3层冷库工程简化模型进行动力时程分析,分析平面外位移特征、平面外加速度及放大系数沿高度的分布规律,并对建筑抗震设计规范中等效侧力法的取值进行对比。结果表明:外围护墙在小震下未出现损伤,在中震下部分墙体中心出现损伤,在大震下墙体出现大面积损伤;外围护墙平面外动力响应受地面运动、主体结构层间位移、锚系梁刚度等因素影响,呈现出显著的动力放大效应;抗震设计规范中等效侧力法计算得到的冷库外围护砌体墙平面外地震作用偏小。为保证冷库的使用功能,工程设计中应采取提高冷库外围护砌体墙平面外抗震能力的措施。

冷库大跨度预应力无梁楼盖竖向地震作用下动力响应研究

为研究冷库板柱-抗震墙结构大跨度预应力无梁楼盖在竖向地震作用下动力响应规律,以上海某冷库工程简化模型为分析对象,首先采用YJK软件进行结构设计,之后采用ABAQUS软件进行静力加载与动力时程分析,考虑多遇地震三向输入、罕遇地震水平双向输入、罕遇地震竖向输入、罕遇地震三向输入地震波等工况,分析结构塑性损伤、各楼层竖向加速度分布、各层柱子轴力、板柱节点冲切力、竖向地震作用等,总结竖向地震影响系数与动力系数的规律。结果表明,竖向地震增加了板柱节点的破坏程度;竖向地震作用下大跨度预应力无梁楼盖各点竖向加速度并非均匀;三向罕遇地震工况下柱轴力与板柱节点冲切力增加显著;竖向罕遇地震工况下结构地震影响系数最大值为0.556,动力系数沿高度变化规律与地震波频谱特性有关,最大值达3.89。设计中可根据分析结果采取差异化增强重点部位承载力与抗震性能的措施。

地震作用下深水桥墩非线性动力响应分析

考虑到桥梁在使用年限内材料可能进入非线性状态,采用ABAQUS隐式动力学模块对深水桥墩非线性地震动力响应进行了初步研究。结果表明,在不同水深比工况、不同频率与加速度幅值的地震波激励下,桥墩在线性与非线性2种状态时的地震动力响应差异可达330.70%;地震动水荷载在桥梁处于非线性状态下时,对桥墩动力响应的影响会更加敏感,因此,在进行深水桥墩抗震分析时有必要考虑材料的非线性行为。

地震作用下水利水电工程边坡稳定性分析研究

本文旨在探究地震作用下水利水电工程边坡稳定性分析的相关问题。研究采用文献综述、实践考察等方法,系统地分析了影响水利水电工程边坡稳定性的因素,包括地质条件、水文条件、工程特性等。在此基础上,重点研究了地震作用下水利水电工程边坡的稳定性问题,从地震动特性、边坡动力响应、稳定性评价等方面进行了深入探讨。研究结果表明,地震动的强度、频率和持时等参数对边坡稳定性有显著影响;边坡的地质结构、岩土体强度和渗流条件是评价稳定性的关键因素;合理的抗震设计和加固措施可有效提升边坡的抗震稳定性。

双向水平地震作用下扭转体建筑结构抗震性能分析

为了研究扭转钢框架-竖直核心筒所组成的扭转体结构在双向水平地震作用下的抗震性能,利用ETABS建立了20层的不同扭转角度模型。在分析扭转体结构自振特性的基础上,利用弹性时程分析法,对比研究了非扭转体和扭转体结构在双向水平地震作用下的反应。结果表明:在双向水平地震作用下,与传统的非扭转体结构相比,扭转体结构的基底剪力较大,且增幅随着扭转角度的增加而增大;扭转体结构的各层角柱轴力分配不均匀,且随着扭转角度增加不均匀程度变大;结构扭转改变了角柱X向与Y向的剪力大小,可使结构抗侧刚度大的方向承受更大的剪力,且受扭转角度的影响较小;扭转体结构外框梁的跨中最大弯矩均大于非扭转体结构,随着楼层增加和结构扭转角度增大外框梁弯矩增大,结构扭转对外框梁产生不利影响;扭转体结构核心筒的内力均大于非扭转体结构,且随着扭转角度的增加而增大;扭转体结构受竖向荷载时,核心筒受较大的扭矩作用,但在水平地震作用下外框架的扭转对核心筒扭矩的影响较小。

双向水平地震作用下高桩码头地震效应组合方法研究

高桩码头在双向水平地震作用下会出现扭转效应,我国码头设计规范对此并无具体规定,但国内建筑结构设计规范和国外码头设计规范一般是将结构在两个主轴方向的单向水平地震作用效应进行组合来处理类似问题。为验证规范中的组合方法对码头的适用性和准确性,选取30组双向水平地震动记录,对码头案例进行时程分析和振型分解反应谱分析。按规范的组合方法计算反应谱分析得到的桩基内力,再计算组合值与时程分析所得内力之比,并进行统计分析。对内力比均值进行回归分析,以提出桩基内力修正系数计算公式。研究结果表明:1)双向地震作用下桩基内力比单向地震作用下大得多,抗震分析时应考虑双向地震的影响。2)相较于国外码头设计规范所用的组合方法,采用国内建筑规范中的平方和方根法组合得到的内力与时程分析结果的相关性更好,所得内力比服从对数正态分布且均值接近1,离散程度较小,建议将此法用于码头抗震分析。3)对于长周期码头结构,组合方法会低估地震反应,应使用所提出的公式对桩基内力予以修正。

扭转型结构竖向地震作用分析

对于高层建筑,只有处于9度抗震设防区时才需要考虑竖向地震作用。新出现的扭转型结构因柱倾斜,竖向地震作用二阶效应大,对结构不利。目前关于此类结构竖向地震作用研究较少,本文设计8度(0.3g)区扭转型和非扭转型结构及9度区非扭转型结构,对结构进行时程分析,比较结构竖向地震作用构件内力和位移反应。结果表明:竖向地震作用对扭转型结构楼层侧移、层间位移角和梁跨中弯矩增大作用较显著;在8度(0.3g)区,每层扭转2°结构大震下有一半的参数增幅超过9度区非扭结构;每层扭转5°结构小震、中震和大震下都有一半的参数增幅超过9度区非扭结构,表明在8度(0.3g)区,每层扭转2°结构设计时仅大震作用下要考虑竖向地震,而每层扭转5°结构小震和大震作用下都要考虑竖向地震作用。

地震作用下隧道不同位置单一及组合渗漏规律研究

为探究在地震作用下隧道拱顶、拱肩和拱腰单一位置及两两组合位置渗漏围岩破坏规律,文章对振动台试验进行PFC2D离散元数值模拟验证,并利用经过验证的数值模型对隧道渗漏规律进行研究。结果表明,地震作用下地表最大沉降始终发生在渗漏位置正上方;当隧道不同位置发生渗漏时,拱肩部位渗漏围岩破坏最严重,拱腰部位渗漏围岩破坏最轻;隧道周围的天然土层本身就具有形成土拱的颗粒结构基础;在地震作用下隧道发生渗漏破坏会导致土体应力峰值的出现位置由围岩内部转为隧道衬砌结构;当隧道埋深比在1.9~2.3范围内时,受到地震作用的隧道组合位置渗漏不仅加重了隧道单一位置渗漏的围岩破坏程度,同时也放大了应力幅值的变化幅度。

强地震作用下的山区公路超高填方挖台阶影响研究

山区公路陡斜坡填方失稳多表现为填方沿基底滑移情况,在填方基底开挖台阶为增加填方沿基底稳定性的有效手段。文中采用极限平衡中的萨玛法,对强震区超高填方的基底开挖台阶进行了影响因素分析和参数敏感性分析,通过计算分别对比了台阶宽度和台阶倾角的配置对稳定性的影响。研究表明,①合理的开挖台阶能大幅提高强震区斜坡高填方的稳定系数;②台阶倾角对稳定性的影响幅度较大,稳定系数随台阶倾角的增大而大幅增大;③台阶尺寸对稳定性的影响幅度较小,稳定系数随尺寸的增大而略微减小;④台阶开挖主要针对路基与基岩接触条件较差的工点,以提高抗滑能力。

地震作用下绢云母片岩高路堤中土工格栅效用分析

对于采用绢云母片岩土石混合料为填料的高路堤而言,通常会出现地震作用下路堤变形严重等问题,加筋为通常做法。文中依托十巫北高速公路项目,以绢云母片岩土石混合料填筑的高路堤进行地震动力响应分析。结果表明,土工格栅具有分担部分应力,减小路堤动力加速度,以及抑制其变形的作用。对于路堤整体而言,加筋路堤的最大应力相对于未加筋路堤所承受应力较小;相比于无筋路堤,路堤加筋后加速度和速度明显减小,在路堤同一高度上土工格栅加筋土路堤的水平向峰值加速度和速度比未加筋路堤的水平向峰值加速度和速度小;土工格栅加筋对路堤整体的纵向沉降和侧向位移具有抑制效果,显著地减弱路堤在地震作用下的破坏程度。

地震作用下露天矿节理岩质边坡稳定性数值模拟研究

为研究地震作用下节理边坡的稳定性,以蒙特卡洛方法建立了随机节理裂隙网络模型,运用离散元程序3DEC开展了地震作用下某露天矿边坡稳定性的数值仿真研究。结果表明:地震作用下,坡底部位振动强度、位移等明显强于坡顶部位,坡体节理裂隙对地震波的传播能量具有显著的削弱作用,坡底主要表现为剪切破坏模式,日常生产过程中需加强坡底结构抗震能力。