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.

内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

采用钢管对传统RC柱进行约束,形成的钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱具有优越的承载能力和耗能性能。但在应用于框架节点设计时,节点区域仍采用普通RC柱节点构造,可能导致节点处没有钢管约束而成为薄弱点,节点处易发生破坏。针对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用内置型钢短柱进行增强。基于ABAQUS工作平台对具有相同构造形式的节点试件建立有限元模型,将数值计算所得破坏形态、滞回曲线和型钢应力与试验结果进行对比,两者吻合较好,在此基础上探讨内置型钢长度和轴压比对节点抗震性能的影响。结果表明:随着内置型钢长度增加,试件的承载力、极限位移和延性均有不同程度的提升,轴压比对试件受力性能影响较小。通过进一步分析试件的破坏机制、型钢抗弯性能和耗能能力,提出满足节点抗震性能需求的内置型钢长度建议取值。

不同勘探方法对浅层小断距隐伏断裂探测效果

采用浅层地震勘探、钻孔联合剖面勘探、槽探3种方法联合探测临汾盆地郭家庄断裂的空间位置,并研究其活动特征。结果表明,不同探测方法对断层信息的揭示存在很大差异,浅层地震勘探在探测具有一定断距的断层,同时地层存在一定物性差异的情况下能取得理想的效果,且不同的工作参数探测效果不相同;钻孔联合剖面勘探能提高对小断距断层的分辨率,但受地形及地层主观认别等因素的影响,可能会遗漏断距小、标识层薄的断层;槽探能较好地识别地表断层的微小断距,但受施工深度和施工条件影响。3种方法相结合,可以精确确定断裂的空间位置和活动特征。

震陷土层变化下变截面单、群桩动力响应差异

为研究地震动作用下震陷土层厚度不同时大直径变截面单桩与群桩基础的动力响应差异,依托厦门第二东通道翔安大桥,通过振动台模型试验,开展震陷土层厚度30、40、50 cm时,单桩与群桩基础桩周土震陷量、桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩动力响应差异研究.结果表明:随着震陷层厚度增大,单桩与群桩基础桩周土震陷量、桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩均逐渐增大,且加速度及弯矩在变截面处突变;同一震陷层厚度下,群桩基础桩周土震陷量较单桩大,但群桩基础加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩均小于单桩.震陷场地桩基础设计时,应着重考虑变截面单桩与群桩动力响应差异,保证桩基础抗震性能.

基于可拓理论的隧道洞口段动力响应规律研究

隧道洞口段存在偏压浅埋、围岩破碎等情况,为探究隧道洞口段在地震作用下的动力响应规律并给出安全性定量评估指标,以雅万高铁6号隧道为依托建立数值模型,分别输入雅万人工合成波、EI波、KB波以及WL波4个地震波,基于可拓理论,建立可拓物元模型,对采用数值模拟方法得出的隧道洞口段在最不利地震波作用下的弯矩、轴力、相对位移、加速度4个安全评估指标结果创建分区,以综合定量指标对雅万高铁6号隧道洞口段进行安全性评估,并提出了抗震设防长度。同时,分析了在不同地震波作用下的雅万高铁6号隧道洞口段的动力响应规律。结果表明:(1)在雅万人工波作用下,隧道各评估点动力响应程度约为其余3种天然波作用下动力响应程度的1.2倍;(2)各地震波计算所得4个评估指标沿纵向方向变化规律基本相同,轴力及弯矩峰值均出现在拱肩拱脚位置,相对位移峰值均发生在洞口处仰拱至拱顶测线,评估指标峰值发生时刻略微滞后于地震波峰值加速度对应时刻;(3)在雅万人工合成波作用下,雅万高铁六号隧道洞口段抗震设防长度为45~55 m,为隧道洞径的3.5~4倍。研究成果可为通过综合定量指标对隧道洞口段进行抗震安全性评估提供参考。

基于多层次探测研究茅山断裂带北延段空间展布特征及第四纪活动性

本文介绍了从深至浅完成对茅山断裂北延立体式综合探测方法。使用重力场资料解译和大地电磁勘探初步定位断裂,随后通过浅层地震勘探进行精确定位,最后根据跨断点的小间距钻孔联合地质剖面探测法捕获了上断点并研判其第四纪活动性。研究发现:①茅山断裂带继续向北延伸入镇江市区,茅山断裂带北延段切割深度至少延伸至中地壳区域;②茅山断裂带北延段浅部区域表现出正断性质,倾向东,走向北东,视倾角约为60°,视断距约为3~5 m;③钻孔联合地质剖面探测结果显示,断点两侧基岩面落差较小,上覆第四纪地层未发现较大的起伏,未见第四纪有明显活动迹象,综合判断茅山断裂带北延段为前第四纪断裂。本项研究初步表明,茅山断裂在地理空间上可能与江苏陆域历史上两次显著的地震事件存在联系。这一发现为进一步研究该地区的发震构造特征和地震活动规律提供了新的视角,并可能对今后的相关研究有所启发。

典型浅埋矩形框架地铁车站地下结构地震易损性分析

该文旨在研究典型浅埋矩形框架形式地铁车站结构的震后失效概率模型。以9座已建典型矩形框架地铁车站工程实例为研究对象,通过Abaqus/standard有限元软件平台建立了土-结构相互作用三维数值模型。基于地下结构Pushover分析获得的抗震性能曲线,定义了各个车站结构的层间位移角限值。采用IDA方法计算得到了地铁车站结构的概率地震需求模型,并绘制了不同地铁车站结构的地震易损性曲线。通过对比研究发现,地铁车站结构之间的震后失效概率相差巨大,场地平均剪切波速对地下结构地震易损性分析结果起主导作用,尤其是与结构等高分布土层的自由场响应结果,但地下框架结构本身的变形能力也是影响结构震后失效概率的重要因素之一。上述研究成果能够有效加强对现行浅埋地下框架结构抗震性能的认识,可为基于性能的浅埋地铁车站地下框架结构抗震设计提供科学参考。

震陷场地变截面单桩动力特性与损伤评价

为探明震陷场地变截面单桩动力响应特性与损伤状况,以翔安大桥为工程背景,基于大型振动台试验,开展了0.10g~0.45g地震动强度下变截面单桩动力响应特性的研究,评价分析了变截面单桩损伤程度。结果表明:受桩周软弱土层震陷特性的影响,变截面单桩桩顶水平位移动力响应、桩身加速度动力响应及桩身弯矩动力响应均随地震动强度增大呈增大趋势,桩基基频逐渐减小;变截面单桩弯矩最大值出现在震陷土层分界处,地震动强度为0.30g时,超过了其抗弯承载力;地震动强度为0.20g时,变截面单桩桩顶水平位移、桩身加速度、桩身弯矩显著增大,桩基基频突降。基于系统损伤理论,震陷场地变截面单桩损伤状况分为稳定阶段、加剧损伤阶段、塑性破坏阶段共3个阶段。试验结束后,变截面位置处产生弯曲塑性破坏。

泌阳凹陷井楼八区低序级断层识别及其应用

泌阳凹陷井楼八区发育较多低序级断层,常规技术难以识别,在地层精细对比的基础上,运用井间地震资料联合、地震等时切片及油藏动态分析等技术,精细刻画了20m以下低序级断层产状,为注采调整提供地质依据。

三心拱断面地下管廊结构地震动力响应分析

针对地下管廊抗震的问题,以郑州市耿河变电站到博文变电站之间的三心拱断面地下管廊为研究对象,利用ANSYS Workbench软件建立三维实体模型,对其进行前6阶的模态分析,发现该管廊存在纵向振动、竖向振动、横向振动以及转动。基于模态分析,对管廊在水平地震和竖向地震作用下的位移响应、加速度响应和主应力响应进行分析。结果表明:最大的水平和竖向位移峰值分别为-24.222 mm和-8.954 mm;最大加速度峰值分别为3354.2 mm/s^(2)和1646.0 mm/s^(2);第一主应力峰值分别为514.7 kPa和244.15 kPa;第三主应力峰值分别为-608.15 kPa和-256.71 kPa,可得出水平地震占主导作用。对管廊的横向地震动力时程进行分析,改变频谱特性、结构材料强度、结构埋深等参数,分析其对管廊抗震性能的影响。得到研究的管廊结构在地震波频谱特性约为1.1 Hz时最为敏感;混凝土强度的改变对管廊结构的动力响应影响不大;随管廊埋设深度的增加,周边土压力加大,使其内力逐步上升。

高烈度地震区倾斜隧道洞口段抗减震技术研究

为提升高烈度地震区倾斜隧道洞口段的抗震性能,依托某隧道工程,利用有限差分数值软件FLAC3D研究了注浆加固和减震层的抗减震效果。结果表明:(1)隧道纵向应力极值和位移最大值出现在洞口中间过渡段,监测面内应力极值和位移最大值均出现在衬砌结构拱脚;(2)与无抗减震措施相比,注浆加固与施作减震层均能减少隧道二次衬砌位移差,施作减震层后隧道竖向位移差减少最多,减震效果达到74.83%;(3)工况1(无措施)最小主应力峰值最大,为-28.64 MPa,施作减震层后为-20.05 MPa,减震效果达到29.99%;(4)随着隧道纵向长度的增加,最小安全系数先减小后增大,最小值出现在中间过渡段监测面S3处;工况1安全系数为1.95,工况2为2.24,但仍低于安全阀值,工况3为2.56,符合安全要求。综合位移、应力和安全系数,采用减震层的抗减震效果优于注浆加固。研究成果可为倾斜隧道洞口段抗减震设防设计提供参考。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

框架梁不同截面位置荷载效应组合的取值研究

建筑结构设计中,框架梁一般有左端、跨中、右端3个控制截面,每个控制截面上对应抗震情况下的荷载效应组合和非抗震情况下的荷载效应组合两种工况,荷载效应组合选取的正确与否直接关系着建筑结构的使用安全。对现行的《建筑结构可靠性设计统一标准》《建筑抗震设计规范》及《建筑与市政工程抗震通用规范》相关内容进行分析,得出框架梁不同截面位置起控制作用的荷载效应组合。

杭州机场轨道快线工程桥梁关键技术研究

针对贯穿城市的轨道快线桥梁工程,总体设计时应综合考虑线位布置、建筑限界、桥梁结构体系及上下部结构形式等多个重要因素。文章以杭州机场轨道快线工程桥梁设计为例,详细阐述该轨道交通桥梁的设计要点和关键技术,再结合桥梁的结构模型及抗震专篇设计,对设计的重点提出了更详细的指导意见,为后续同类项目提供指导。

斜撑对方钢管柱-桁架梁节点抗震性能影响试验

为实现施工现场绿色、高效率、高精度的模块化装配式钢结构建筑的建造,分别提出基于柱座式的带斜撑和不带斜撑的装配式方钢管柱-桁架梁节点。共设计4个十字形足尺试件,并对其进行滞回加载试验。分别考察梁破坏和斜撑破坏模态下试件的抗震性能,探究两种破坏模态产生的原因。评估斜撑对节点极限承载力、延性、刚度以及能量耗散能力等抗震性能的影响,分析两种破坏模态下节点的传力机制,并结合破坏模态和受力特性分别给出带斜撑和不带斜撑节点的设计建议。结果表明:不设置斜撑的试件表现出良好的塑性变形和能量耗散能力等抗震性能;斜撑的设置不仅有效地将塑性铰由桁架梁转移到斜撑端部,而且大幅度地提高节点的承载力和刚度,但在斜撑破坏前桁架梁塑性变形能力受限。整个加载过程中,4个试件的柱座与桁架梁之间的连接未出现破坏,且柱子与柱座之间的法兰板未出现明显的滑移现象,该柱座式连接可靠。

新型装配式RC柱连接钢节点抗震性能分析

节点连接是影响装配式混凝土结构抗震性能的关键要素,亦是抗震设计的核心问题。文章针对所提出的一种适用于变截面钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)柱的钢节点连接形式,通过有限元模拟,与现浇柱对比分析,评估了该节点连接形式的抗震性能,并研究新型装配式变截面RC柱在不同轴压比下的破坏形态、变形性能及耗能能力。结果表明:新型装配式RC柱和现浇柱在不同轴压比下的破坏形态相似;装配式RC柱的柱底混凝土发生压溃时,钢节点区域尚未有明显塑性变形,因此满足强节点的设计要求;装配式RC柱位移延性系数均>3,满足抗震规范要求;相同轴压比下,装配式RC柱承载和耗能能力略低于现浇柱,但变形能力优于现浇柱。

箱形截面钢-混凝土组合连梁的抗震性能

对一种箱形截面钢-混凝土组合连梁展开研究,通过有限元模拟和理论分析对其屈服模式、抗震性能进行了深入探索。对不同参数取值下组合连梁的屈服模式进行对比分析,基于组合连梁长度与屈服承载力的关系,给出屈服模式的判定准则,研究了不同参数对组合连梁屈服模式的影响规律。结果表明:减小截面高度、钢腹板高厚比、钢材屈服强度、混凝土强度,增大剪跨比、钢翼缘宽厚比、截面高宽比等措施均使耗能梁段更容易弯曲屈服。轴向受压时,弯曲屈服型构件的延性普遍优于剪切屈服型构件;轴向受拉时,剪切屈服型构件的延性优于弯曲屈服型构件。剪切屈服型构件的弹性段刚度、屈服荷载、极限荷载以及能量耗散系数普遍大于弯曲屈服型构件。

跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站抗震设计探讨

针对跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站结构抗震冗余度低,在高烈度地区应用较少,为更好地分析高架车站抗震受力全过程,以某跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站工程实例为背景,根据建筑规范和城市轨道交通规范要求设定合理的抗震性能目标,并研究构件抗震受力历时过程中的受力情况。采用大型有限元Midas作为主要计算软件,选取合理的地震波,进行多遇地震和设防地震有限元计算时采用弹性时程分析方法,且对振型分解反应谱法地震作用进行相应的放大,结果分析构件满足抗震性能目标要求。进行罕遇地震计算时,为更好地模拟工程实际情况,计算模型考虑桩土共同作用,采用结构-承台-桩基整体计算建模方法,进行弹塑性时程分析,关键构件采用截面纤维模型进行计算,能够反映关键构件在大震作用下进入破损阶段之后的行为,可以查看关键构件截面混凝土的开裂和压碎历史,钢材或钢筋的屈服和硬化过程。研究结果表明结构构件均满足抗震性能目标:(1)关键构件的钢材纤维受拉受压均未超过屈服强度,保持弹性工作状态,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,同时延性系数D/D1小于1,均说明关键构件满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(2)桩基的钢筋纤维受拉、受压均未超过屈服强度,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(3)地震作用下,带有桩模型与无桩模型的基底剪力有一定差距,表现为带有桩基模型的地震剪力较大,设计时应考虑桩土共同作用。

塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱抗震性能研究

为研究塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱的抗震性能,完成了2根ECC-钢管混凝土组合截面柱和1根普通钢筋混凝土柱对比的低周反复水平荷载试验,并对试验结果得到的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、残余位移、耗能能力等抗震性能指标进行量化分析。试验结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区ECC-钢管混凝土组合截面柱的承载力、刚度及耗能能力均有较大程度提高,残余位移也得到有效控制,ECC材料能够与钢管及钢管内部填充材料协同工作和共同变形。

基于交错桁架结构的抗震性能设计与有限元模拟验证

近年来,强震频繁发生,对于地震地区的建筑物其抗震性能设计尤为重要。但如今应用广泛的交错桁架结构,抗震性能低无法在地震地区推广使用。针对这一问题,研究提出一种基于两边连接钢板的交错桁架结构,并通过地震反应谱、静力弹塑性分析与有限元模拟验证来对该结构的抗震性能进行验证。结果表明,随着楼层的增加,试件1和试件2在横轴和纵轴方向上的位移量均呈线性增加的趋势,在整体上较为稳定,没有明显的薄弱层。试件1与试件2在X与Y方向的层间位移角均低于0.004,满足建筑结构设计要求。在有限元验证结果中,有限元计算结果与测验结果基本一致,即抗震性能符合要求。综上,研究提出的两边连接钢板式交错桁架结构具有可行性,能提高交错桁架结构的抗震性能。