地下管廊抗震研究现状综述

针对地下管廊工程建设高速发展、抗震减灾需求愈发凸显的现状,综述地下管廊抗震研究现状.首先,通过国内外以往的震害实例,对地下管廊的震害形式、震害影响因素及震害机理进行了系统性总结.其次,从拟静力试验和振动台试验两个方面总结了地下管廊抗震性能的试验研究现状.再次,总结了地下管廊抗震分析的简化分析方法、动力时程方法、地震易损性评估及减隔震技术的研究现状.最后,基于文献综述提出了目前地下管廊抗震研究亟待解决的问题并做出展望,以期促进地下管廊抗震研究的发展.研究表明:地下管廊在地震作用下的破坏形式主要有混凝土剥落、裂缝贯通、接缝错位或张开、管廊受剪断裂等;地震作用下地下管廊穿越非均匀场地时动力响应的放大效应显著,地下管廊穿越软硬交互等非均匀场地时的抗震性能研究值得重视;交叉节点是地下管廊的薄弱环节,交叉管廊的抗震设计方法研究值得关注;预制管廊接头易受到地震破坏,不同类型预制管廊接头的抗震性能研究需深入探索;城市大型地下管廊系统抗震性能受到不同交叉节点和不同管廊之间的交互影响,高效的地下管廊系统建模方法和高效的简化分析方法亟待研究;城市大型地下管廊系统地震易损性分析是重要的发展方向;地下管廊的减隔震技术值得发展.

市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度分析

提出了市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度分析的一个方法。针对寒潮期气温变化对供水管道温度应力和管道周围土体冰冻应力的影响,建立管道接头渗漏状态的供水管网水力分析模型,采用一次二阶矩方法计算市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度。以某城市供水管网为例进行分析,分别给出了在蓝色、黄色、橙色和红色寒潮预警下供水管网的服务可靠度。研究表明,寒潮期气温变化对市政埋地供水管网服务可靠度具有明显影响,有必要开展市政埋地供水管网寒潮可靠度分析,寒潮强度、管道接头性能、管网拓扑结构等是市政埋地供水管网服务可靠度的影响因素。研究对于市政埋地供水管网抗灾设计具有一定参考价值。

社区尺度斜入射波场下场地-建筑群耦合作用模拟方法

场地-城市相互作用(site-city interaction,SCI)效应会显著改变场地地震波场分布及建筑反应,基于SCI效应理论计算研究方法的发展现状,发挥谱元(spectral element,SE)法可快速高效求解三维地震波场传播和多自由度(multi-degree of freedom,MDOF)模型计算量小且可同时模拟大量建筑的优势,同时,结合频率波数域(frequency wave number analysis,FK)方法,以等效地震荷载的方式施加地震波场,建立了FK-SE-MDOF耦合方法,实现了SE-MDOF耦合模型中多种波型(P波、SV波和SH波)的斜入射输入,解决了当前三维SCI效应研究方法中未能同时考虑建筑非线性、频谱特性、地震波波型及入射角度影响的问题。首先对方法原理进行了介绍;然后,通过与振动台试验的对比,验证了方法的正确性;进而,采用该方法建立理想场地-城市建筑群相互作用耦合模型,主要探讨了入射角度和地震波波型对SCI效应的影响,得到了一些有益结论。该方法较为真实地反映SCI效应影响的同时,可反映建筑基础轮廓对地震波场的影响,适用于需考虑建筑轮廓信息的社区尺度SCI效应研究,可为城市规划、抗震设计、风险评估以及震后救援等工作提供定量指导。

基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟

为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。

基于FK-FE混合方法的位错点源作用下全过程结构地震反应模拟

基于区域缩减思想,集整基于精确动力刚度矩阵的频率波数域(FK)半解析方法和有限元(FE)数值方法各自优势(FK精确高效模拟一维波速结构地震波传播;FEM具有丰富单元和本构类型,可精细模拟工程结构地震反应),提出了一种从震源到工程结构全过程地震反应模拟的FK-FE混合方法。并将FK代码作为插件二次开发到大型商业有限元软件ABAQUS中,实现了ABAQUS平台下从震源到工程结构的全过程宽频地震反应物理模拟。验证了FK-FE混合方法正确性,进而将其应用于位错点源作用下美国SAC机构设计的9层Benchmark抗弯钢框架结构全过程0 Hz~15 Hz宽频地震反应模拟,重点探讨了地壳层波速结构和近地表场地条件对框架结构地震反应的影响。研究表明:地壳层速度结构和场地类别对该结构的地震反应均有显著影响,地壳层速度结构3(较硬)相比速度结构1(较软),结构最大位移和层间位移角分别减小了22.7%和62.0%;Ⅱ类场地相较于Ⅳ类场地,结构最大位移和层间位移角分别减小了22.3%和44.7%。

丁字及十字交叉管廊纵向地震响应分析

提出了丁字及十字交叉管廊纵向地震响应分析的一个改进广义反应位移法.该方法采用壳单元模拟管廊结构,以体现管廊横断面非对称形式的影响和地震作用下管廊交叉节点处的局部变形;采用非线性弹簧单元模拟预制企口接头,可反映管廊接头断面的非对称形式以及预制接头的力学行为.在ABAQUS有限元平台构建了典型交叉管廊的三维壳-弹簧计算模型,采用直接刚度法求解场地地震动响应,研究了在设计地震动幅值和地震波入射角度等因素影响下,丁字及十字交叉管廊的内力及变形响应特征,并以直线形管廊的地震响应为基准,给出了两类交叉节点的影响范围及内力放大情况.结果表明,相较于直线形管廊,管廊交叉节点处的内力及变形响应均出现明显的增高,其中丁字交叉管廊的地震响应略大于十字交叉管廊.安评波小震作用下,丁字及十字交叉管廊的接头基本处于功能完好状态,中震和大震作用下超出规范限值,其中大震下达到8 mm左右,约为直线形管廊的8~9倍;两类交叉管廊的内力放大系数范围约为2~6.工程抗震设计中,可根据该结果对交叉管廊的地震响应进行初步评估.不同设计地震动幅值和地震波入射角度下,两类交叉节点对管廊地震响应的影响范围约为20~35倍预制管节段长度,在实际工程中应引起重视.相关研究结果可为交叉管廊工程的抗震设计提供参考.

预制地下管廊内连续管道的纵向抗震分析

本文为研究预制地下管廊内连续管道的纵向抗震性能,在ABAQUS有限元平台构建了地基土-管廊-管道系统的精细化抗震分析模型,分析不同地震波入射角度下管廊-焊接钢管体系的地震响应。研究表明,随着地震波入射角度的增大,廊内焊接钢管的轴力逐渐增大,在入射角60°时达到峰值;剪力峰值随入射角增大呈现出先减小后增大的趋势,在入射角45°时最小,入射角0°时达到峰值;管道的弯矩峰值随地震波入射角增大逐渐减小,在入射角0°时达到峰值。

地下预制管廊纵断面抗震设计的反应位移法

基于横断面反应位移法的基本原理,提出了地下预制管廊纵断面抗震设计的一个反应位移法。通过对地下管廊在地震作用下发生沿纵断面层间变形时的地震响应进行研究,将地下管廊对应土体发生最大相对位移时刻作为最不利时刻,并将该时刻的土体地震响应施加于管廊作为地震作用输入。文中采用该方法研究了地震作用下单层和双层地下预制管廊的纵断面抗震性能。结果表明,地下预制管廊结构沿纵断面发生层间变形时,可能发生较为严重的受拉损伤,且受拉损伤严重区域大多出现在侧墙和中隔板位置处,抗震设计时可考虑加强侧墙和中隔板位置处的配筋。研究方法对地下预制管廊纵断面抗震设计具有参考价值。

地下T型交叉管廊纵向抗震设计方法

基于反应位移法基本原理,提出了地下T型交叉管廊纵向抗震设计的一个方法。该方法引入周期性地层变形输入,分析一个地层变形周期内交叉管廊的变形历程,寻找交叉节点处变形和内力的最不利模式;通过正交试验分析,研究了场地、地震动等参数对最不利模式的敏感性。研究表明,周期性地层变形输入可以捕捉交叉管廊的变形和内力的最不利模式,地震波入射角度对交叉管廊变形和内力最不利模式起控制作用;方法可直接用于地下交叉型结构的纵向抗震设计。

地下十字交叉预制管廊的纵向抗震分析

提出了地下十字交叉管廊纵向抗震分析的一个反应位移法。采用周期性地层位移施加方式,研究十字交叉管廊的周期性地震响应,并确定了交叉节点处变形和内力峰值响应的最不利模式。以某地下十字交叉综合管廊为例,在ABAQUS有限元平台建立交叉管廊的壳-弹簧计算模型,采用壳单元模拟管廊结构,地基弹簧单元模拟土-结构相互作用,非线性弹簧单元模拟预制接头力学行为,研究了管廊交叉节点处最不利模式下的内力和变形。研究表明,方法适用于交叉型地下管廊的纵向抗震分析,相关建模及研究方法可为交叉型地下管廊抗震设计提供参考。

高速公路联网收费数字人民币应用场景探究

本文主要结合数字人民币的技术特点、全国高速公路联网收费发展现状及高速公路联网收费系统特点,介绍了数字人民币在广东省高速公路联网收费领域的应用情况,对数字人民币在高速公路联网收费应用的可行性进行了分析研究,提出了ETC车道应用场景及MTC车道应用场景的应用思路,总结了重点业务流程。

基于GP14.3运动学混合震源模型和SPECFEM 3D谱元法的宽频地震动模拟

基于确定性物理模型的全过程地震动模拟是现代地震工程的重要发展方向.然而受限于合理震源模型和计算资源需求,目前模拟的有效频率还多处于低频范围,难以满足工程结构敏感频带(5~10 Hz或更高)需求.本文即借助运动学混合震源模型能激发宽频地震波和谱元法空间高精度及计算收敛快的优势,首先将确定性的凹凸体震源模型与GP14.3随机震源模型结合得到有限断层运动学混合震源模型,进而将上述混合震源模型开发到SPECFEM 3D谱元法开源代码中,实现了基于谱元法和运动学混合震源模型的全过程宽频带地震动模拟.将方法首先应用于一维波速结构模型0~10 Hz地震动模拟,通过与频率波数域(FK)方法结果进行比较,验证了方法的精度;进而应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级地震0.1~5 Hz地震动模拟,通过与4个台站的时程记录和相应反应谱的比较,以及与NGA-West2地震动衰减方程在频率0.1~5 Hz的反应谱的比较,检验了方法的适用性;最后给出了漾濞地区的地震动峰值加速度(PGA)和峰值速度(PGV)云图,分析了漾濞地震下近场强地面运动的空间分布特征.结果显示,震中PGA接近400 cm·s-2,PGV达到45 cm·s^(-1),烈度达到Ⅸ度,且受局部地形起伏影响,大理以及洱海西侧位置出现高烈度异常区.

2021年漾濞6.4级近断层宽频地震动模拟:一种改进的FK方法

将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高效模拟。方法建立修正动力刚度矩阵法求解理论格林函数,有效解决了一维地壳速度结构传播高频地震波的问题;有限断层面上低频确定性成分及高频随机成分的合理结合,有效解决了断层破裂过程辐射出高频地震波的问题。将方法应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级浅源破坏地震模拟,通过与8个台站(涵盖了近场、中场和远场)强震记录及相应反应谱的比较显示,模拟结果与强震记录的波形、持时、幅值均吻合良好,与反应谱在各频段上均表现良好的一致性,很好地验证了该方法及模型的适用性及模拟频率带宽的可靠性。最后,模拟了漾濞地区100 km×100 km范围内的地面运动场,给出了地面运动峰值分布和波场快照,提出了与震中距相关的PGA和PGV经验衰减公式,获得了地震动频谱特征衰减规律。结果表明:①2021年漾濞6.4级地震呈现明显近断层地震集中性效应和破裂方向性效应;②近场20 km范围内,地震动峰值衰减较快,PGA最大衰减93.1%、PGV最大衰减83.3%;③近场范围内频谱成分主要包含0~10 Hz的宽频成分,震中距超过20 km后频率成分主要集中在0~4 Hz范围内。

大型复杂动力机器基础参振质量的概念、理论及应用

为满足大型动力机器设备的性能及工艺需求,动力机器基础正朝着大尺寸和构造形式复杂的方向发展。动力荷载作用下,大型复杂动力机器基础自身各部分的振动难以保持同步,即无法完全参振,此时,现有的将基础整体视为刚体进行动力设计的相关国家标准规范不再适用。参考基础动力设计分析中十分重要的地基土参振质量(基础振动时周围地基土同步参振的质量)概念,将大型复杂动力机器基础考虑为由核心实体刚体部分与外围附属弹性体部分组成的刚体-弹性体系统,提出了大型复杂动力机器基础参振质量的概念(核心刚体质量与外围弹性体同步参振质量之和),进而基于弹性半空间理论体系给出了理论求解公式和相应的数值求解流程,并以天津大学在建国家大型地震工程模拟研究设施中的大型地震模拟振动台基础为例,建立了精细化基础-桩基-地基土整体模型,分析了工作荷载作用下基础参振质量。数值结果表明:该基础参振质量总体可达80%以上,基础振动同步性较好。基于文中提出的参振质量概念和数值求解步骤,开展基础参振质量分析,可从振动同步性角度评估基础动力设计的合理性,为大型复杂动力机器基础的动力设计提供支撑。

井字型交叉地下管廊纵向抗震分析

研究井字型交叉管廊的纵向抗震分析方法。文中以某预制管廊工程为例,在ABAQUS有限元平台建立了井字型交叉管廊的梁-弹簧模型,采用非线性弹簧单元模拟预制管廊的企口接头,非线性土弹簧模拟土-结构之间的相互作用。计算了井字型管廊在不同地震波入射角度下的地震响应,得到了交叉节点的最不利模式,讨论了地下综合管廊交叉节点间的影响机制。研究表明,交叉节点对地下综合管廊的地震响应有重要影响;当管廊相邻交叉节点的间距小于场地地层变形波长的1/15时,交叉节点间的相互影响不可忽略。研究方法对地下综合管廊的抗震分析具有一定的参考价值。

上软下硬场地中大直径盾构隧道地震响应分析

依托于某大直径盾构隧道工程项目,建立了基于黏弹性边界的地层-结构时程分析有限元模型。首先,基于振动台试验结果,验证了有限元数值模拟方法的有效性;进而,从软硬土层剪切波速比、软硬土层与隧道的相对位置、隧道埋深等三个方面,系统开展了上软下硬场地对大直径盾构隧道地震响应的影响研究。研究表明:上软下硬场地中的大直径盾构隧道弯矩最大值始终出现在软硬土层分界线附近。随着软硬土层剪切波速差异的增大,隧道的弯矩、剪力和接头张开量都有明显的增大,而隧道轴力和直径变形率的增大幅度较小。软硬土层与隧道的相对位置对隧道内力的影响具有不确定性。随着隧道埋深的增大,隧道弯矩、轴力和直径变形率逐渐增大。

一种用于场地-建筑群体系地震响应分析的二维耦合法

该文章发展了一种用于计算场地-建筑群体系地震响应的二维耦合法,其中采用间接边界元法模拟远场土体,采用有限元法模拟近场土体,用解析算法的刚性基础-等效均质块体模型模拟建筑群。该耦合法的优势是建筑群无需离散单元,计算量小,结构参数简单直观,且无需人工边界即可满足场地无穷远处辐射条件。通过与已有文献结果对比,验证了该文章耦合法计算准确,精度较高。通过数值计算分析了场地-建筑群效应对结构动力响应的影响,研究表明:场地-建筑群效应可能明显放大结构地震响应幅值,这与整个场地-建筑群的特性及地震波特性有关;当建筑群中结构参数相同且结构刚度较大时,场地-建筑群效应可能对结构地震响应幅值的影响较大,尤其是处于建筑群中心位置的结构,该文章算例中放大率达36.17%;当建筑群将相同参数结构分区布置(如多层区、高层区)时,场地-建筑群效应可能对各区中心位置结构的地震响应幅值的影响较大。

基于修正阻尼的土体非线性模型及其在Abaqus中的实现

地震等随机循环荷载作用时,常需定义较为复杂的加卸载准则(如扩展Masing准则)来描述土体应力-应变滞回曲线,导致求解过程中需预留大量的状态变量,不便于编程实现;同时,现有Masing模型及其改进模型大多仅对动剪切模量曲线进行拟合,还鲜有考虑对阻尼比曲线的拟合。针对以上两个问题,构建了基于修正阻尼的不规则加卸载准则。该准则克服了上大圈准则需要记忆所有转向点的问题,只需要记忆当前转向点和历史最值,记忆量大大减小;同时该准则能同时考虑动剪切模量和阻尼比曲线,达到了修正阻尼比的目的。基于Matasovic骨架曲线,结合提出的加卸载准则,提出了土体非线性模型并将其开发于Abaqus软件中,通过求解Mississippi湾场地地震反应,并与Deepsoil软件和Davidenkov-Chen-Zhao(DCZ)模型计算得到的场地地震反应结果进行对比分析,验证了所提不规则加卸载准则的正确性。同时,对日本KiK-net强震台网的KSRH10场地进行了地震反应分析,并与加速度时程记录及其谱加速度进行比较,验证了所提模型的适用性。

预制地下管廊内非连续管道的横向抗震分析

本文为研究预制地下管廊内非连续管道的横向抗震性能,采用实体单元模拟混凝土管廊和廊内管道支墩,桁架单元模拟预制混凝土管廊配筋,壳单元模拟管道和支墩抱箍,非线性弹簧模拟管廊预应力企口接头和管道承插口接头,非线性土弹簧模拟土-管廊相互作用,考虑混凝土塑性损伤,基于ABAQUS软件建立土-管廊-管道系统模型。求解土-管廊-管道系统的自振频率和模态,计算在设计地震作用下管廊内管道的内力和变形。研究表明,管道和管廊自振特性存在明显差异,管道和管廊之间存在明显相互作用,支墩抱箍对管廊内管道受力影响不可忽视,开展管廊内管道的抗震分析需要对土-管廊-管道整体系统建模分析。研究对于预制地下管廊内非连续管道的横向抗震设计具有一定参考价值。

给水管网故障实时诊断方法

本文提出了城市给水管网故障实时诊断的一个快速、有效和实用方法 .方法通过实时监测给水管网中 3个位置的水压变化 ,利用人工神经网络技术来诊断故障位置、故障程度和故障影响范围 .方法可适用于我国北方冬季严寒气候等常常导致的给水管网爆管事故及日常故障的实时诊断 .作为给水管网故障诊断的重要内容之一 ,本文还建立了给水管网局部破坏状态下水力分析的方法 .最后 ,本文以一小型给水管网为例对方法进行了验证 ,并就实际应用中的几个问题进行了讨论 .