电视塔三维非平稳随机地震响应特性

采用随机振动复模态理论 ,对北京电视塔模型在三维非平稳地震激励下的响应特性进行了计算研究。结果表明 :塔下部结构与上部结构响应特性有较大的差别 ,塔身、塔楼、混凝土桅杆响应的演变谱密度主要分布在系统的第二、第四频率上 ,而钢结构桅杆的前六阶频率上均有较大的不可忽视的响应演变谱密度 ,因此对电视塔结构的抗震设计应根据响应的特点考虑高阶振型的影响。

梁拱组合人行天桥三维地震响应特性分析

梁拱组合人行天桥是典型的空间结构,由于跨越结构重心高度高于桥面,其地震响应特性将与常规人行天桥存在较大差异。为了探究梁拱组合人行天桥的地震响应特性,以某梁拱组合人行天桥为研究对象,运用Sap2000建立了空间动力计算模型,采用非线性时程法详细研究了该梁拱组合人行天桥的地震响应特性及其影响因素。结果表明:竖向地震对梁拱组合人行天桥产生不利影响,必须考虑竖向地震的三维地震响应分析才能充分反映其地震响应特性;跨越结构相对位移响应较大,墩的响应较小,墩的抗侧移能力发挥有限;跨越结构地震稳定性较差,地震中容易发生倾覆落梁;梯道、支座滑动性能和跨越结构重心高度是跨越结构地震稳定的重要影响因素。

无缝换乘地铁车站的地震响应特性研究

为探究无缝换乘地铁车站的地震响应特性,提高对此类车站结构抗震性能的认识,首先开展此类车站结构缩尺模型的振动台试验.试验方案设计包括试验模型的制备、试验测点的布设与采集、试验加载工况设计;随后对模型试验过程进行三维有限元数值模拟.通过对比数值模拟与实测结果,分析模型土的加速度响应规律、结构模型的应变和内力响应规律以及侧墙上的土压力响应规律.结果表明:数值结果与实测结果吻合较好,验证了本文建模方法的合理性;对于无缝换乘地铁车站结构模型,车站交叉端部对车站结构构件的变形、内力以及周围土层影响明显,而当与车站交叉端部的距离超过1.5倍的车站结构宽度以后,影响基本消失.上述结论可为复杂地铁车站地震分析的三维计算方法以及此类型车站结构的抗震设计提供有力支持.

不同土层条件下斜直交替群桩-土-结构地震响应特性研究

为研究地震作用下斜直交替群桩-土-结构特性,采用El Centro地震波作为动荷载,FLAC 3D软件为研究工具,分别针对黏土-砂土、黏土-砂土-黏土中建立了数值模型并对这两种工况下土层加速度、桩基受力与位移、上部结构位移等进行了分析。研究结果表明:砂土层对加速度峰值的放大作用比黏土层大,砂土层中加速度峰值比动力荷载峰值的出现时刻明显滞后;弯矩最大值均出现在桩与承台交界处;三层土模型的斜桩最大弯矩比两层土模型小。不同模型之间直桩弯矩的差别较小,桩端土层的构造对桩身弯矩的影响较大,桩端非液化黏土层的嵌固作用能够显著减小斜桩桩身最大弯矩。斜桩与直桩的水平位移基本相同,桩端非液化土层的存在对斜桩竖向位移具有显著影响并对桥墩顶部水平位移具有减缓作用。

地震动参数对多级格构式锚杆框架梁支护边坡动力响应的影响

边坡与支挡结构在不同地震动参数的地震激励下的动力响应特性存在明显差异。为研究地震频率与持时对多级格构式锚杆框架支护边坡的地震响应的影响,依托实体工程建立三级边坡锚杆框架梁支护结构的三维数值模型,采用不同频率与不同持时的正弦波激励,分析对比不同地震频率与不同地震持时对三级边坡锚杆框架梁支护结构的加速度响应与锚杆轴向应力响应等地震响应特性。研究表明,格构式锚杆框架结构的加速度响应在低频地震荷载下更为剧烈,而对地震持时不敏感;锚杆的锚固作用在低频地震时更为明显,且随地震持时的增加锚杆轴向应力增大。

多因素作用下含连拱隧道边坡地震动力响应特性研究

为了研究含连拱隧道边坡地震动力响应特性,设计了一个几何相似比为1∶20的含连拱隧道软弱围岩边坡,并完成了振动台试验。以峰值为0.4g的汶川(WC)波、Kobe波和EL-Centro波(EL波)为激振波,探究了地震波类型和激振方向等多因素作用下含连拱隧道边坡地震动力响应特性。研究表明:(1)随着地震波类型、激振方向、测点位置等因素的变化,边坡加速度放大系数表现出明显的非线性放大趋势。(2)在地震波水平(X)向激振下边坡岩体主要产生水平向的地震响应,在竖直(Z)向激振下边坡岩体主要在竖直向产生地震响应;在双向(XZ)地震波激振下,加速度响应整体上由大到小依次是K-XZ>WC-XZ>EL-XZ。(3)竖直加速度放大系数在岩体分界面处汶川波与Kobe波、EL波产生不同的变化趋势。(4)整体上,地震波双向激振下边坡的动位移响应幅度依次是ELXZ>WC-XZ>K-XZ,单向激振相对于双向激振动位移响应幅度较弱。(5)在地震波双向激振下,边坡岩体分界面处加速度响应较大,岩体容易被破坏,建议在实际工程中提前进行加固处理。

浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究

首先对试验装置、模型相似比、相似材料、试验模型箱和测试技术等进行介绍,然后通过围岩与隧道结构的加速度响应、地层变形及内力分布规律等对振动台模型试验及数值计算结果进行分析和比较。分析结果表明:振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性;加速度随着高程的增加有明显的放大效应,偏压隧道地表临空坡面导致放大效应明显增加;地层随高程产生呈抛物线分布的相对位移值,相对位移值大小与围岩类型有关;隧道结构对地层有明显的追随性和依赖性;隧道衬砌横截面共轭45°方向为较大内力值分布部位,无偏压隧道结构横截面内力呈反对称分布,偏压隧道有较不利的内力值分布与较大峰值等。以上成果对于合理认识浅埋偏压隧道的地震响应特征具有重要意义,并对隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。

地铁双层交叉隧道非线性地震响应分析

以北京某地铁双洞盾构隧道近距离下穿既有矩形矿山法隧道为例,建立不同交叉角度的地铁双层交叉隧道三维数值模型,采用日本阪神波及北京人工波作为向基岩输入的地震波,研究其在水平强地震动作用下的地震响应特性,并与单层矩形/圆形隧道的地震响应特性进行比较。结果表明:双层近距离交叉隧道相互作用效应对上、下层隧道相对水平位移峰值和振动加速度均具有放大作用,且均随着交叉角度的增大而减小,对上层矩形隧道的地震应力有增大作用,对下层圆形隧道的地震应力有减小作用,且与交叉形式和基岩输入的地震波特性密切相关;上层矩形隧道顶、底板与侧墙的连接部位、中隔墙(中柱)的顶部和底部,以及下层圆形隧道的拱肩和拱腰处是结构的薄弱部位;矩形隧道和圆形隧道的地震变形模式分别近似于正弦曲线的单调递增段和反S形;场地土层的变形以剪切变形为主;土与结构的接触面是地震发生时的薄弱环节。

断层走向对隧道地震响应影响的振动台试验研究

为探讨不同断层走向下隧道在地震作用时的响应规律及破坏机理,开展了振动台模型试验及数值分析,研究了隧道的加速度反应、动应变及围岩动土压力的变化规律和隧道的动态破坏形态。分析结果表明:地震下隧道衬砌将受较大的拉、压作用,尤其穿越断层处隧道衬砌张拉裂缝分布数量多、复杂,多集中于拱脚、拱肩和仰拱;隧道各部位的加速度和动应变的时程变化规律与输入的地震加速度时程曲线基本保持一致,说明隧道在地震过程中保持整体运动性,但断层对地震动力反应具有一定的放大效应,且随着断层走向与隧道夹角减小而更加明显;动土压力伴随地震荷载作用呈现动力时程变化规律,动土压力幅值整体呈"两侧大、顶底小"的规律,且断层走向对隧道动土压力影响较大。研究结果可为隧道的抗震设计和施工提供参考,具有重要的实际工程意义。

隧道地震响应振动台实验及动力时程分析

本文主要通过数值模拟和大型振动台模型试验对浅埋隧道在不同围岩类型条件下的地震响应特性进行了研究。结果表明:隧道围岩类型对隧道地震响应特性有明显的影响,围岩越好,其抗震性越好;围岩加速度随着高程的增加有明显的放大效应,围岩越差,加速度放大效应越明显;共轭45°方向为较大内力值分布,而隧道拱顶、拱底和边墙内力值却相对较小,内力量值与隧道围岩类型呈反向变化;振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性。以上成果对于合理认识浅埋隧道的地震响应特征具有重要意义,可为类似工程提供借鉴。

大跨度上承式钢管混凝土拱桥地震响应分析

为研究大跨度上承式钢管混凝土拱桥在地震作用下的动力响应特性,基于地震反应谱分析理论,根据设计图纸以及工程场地地震动参数等技术资料,采用MIDAS/Civil建立了某大跨钢管混凝土拱桥空间杆系有限元模型,对该桥在E1、E2地震作用下的结构响应进行了深入分析,结果表明:该桥主拱肋面外刚度相对较小,第一阶振动表现为横桥向振动;主拱肋之间的连接较弱导致基频周期较长;横撑的设置可在一定程度上提高主拱肋的面外整体稳定性;在E1、E2地震作用下,桥梁各关键构件均处于弹性工作状态,该桥满足抗震设计要求。

近断层地震下大跨度铁路钢桁架拱桥减震技术研究

以我国某主跨400 m的铁路钢桁架拱桥为工程背景,采用低频速度脉冲叠加高频记录底波的方法合成近断层脉冲型地震动开展动力时程分析,研究了大跨度铁路钢桁架拱桥的响应特性及纵、横桥向减震技术。结果表明,近场脉冲型强震作用下,各构件的响应较未考虑脉冲效应时明显增大,交界墩墩底及横梁、引桥墩墩底等截面破坏严重,支座破坏严重,梁台存在碰撞风险。全桥布置摩擦摆支座可降低主拱应力,但无法有效控制桥墩弯矩响应,且会放大梁端位移;“摩擦摆支座+黏滞阻尼器”的纵桥向减震方案可使主拱应力、交界墩底弯矩、梁端位移分别下降28.53%,63.23%,22.52%,减震效果明显;横桥向增设防屈曲支撑可大幅减小桥墩横梁地震响应,交界墩下、中横梁弯矩降幅分别达58.89%, 62.48%。采用上述组合减震措施可提升桥梁的整体抗震性能,满足抗震设防要求,可供同类型桥梁的减震设计参考。

隧道洞口软硬围岩交接段地震响应大型振动台模型试验研究

为提高强震区交通隧道洞口段的地震安全性和结构抗震性能,以汶川地震白云顶隧道进口段为研究背景,开展了隧道洞口软硬围岩交接段地震响应的大型振动台模型试验研究。介绍了试验方案设计,主要包括试验设备、相似设计、动力荷载、动力特性及加载制度。对试验数据进行了分析,主要研究了隧道洞口软硬围岩交接段由硬岩向软岩方向发展过程中隧道结构地震动峰值加速度(PGA)、纵向应变、接触应力及结构内力的空间变化规律。研究结果表明:隧道洞口软硬围岩交接段由硬岩向软岩方向发展,隧道结构PGA放大系数由1.04增大至1.68,纵向应变增加倍数由1.09增大至4.29,接触应力增加倍数由6.34增大至32.16,安全系数最小值减小百分比由26.18%增大至53.48%;随着受软岩影响的增大,作用于隧道结构的地震惯性力和强制位移不断增加,致使结构安全性不断降低。研究成果可为高烈度地震区交通隧道抗震设防设计提供参考。

全漂浮体系双塔混凝土斜拉桥地震响应分析

本文以某主跨为370m的全漂浮体系双塔斜拉桥为工程背景,基于实测动力特性修正后的斜拉桥非线性有限元模型,分析了斜拉桥在不同频谱效应地震波作用下的地震响应特性,研究表明:修正后的双塔双索面全漂浮体系混凝土斜拉桥有限元模型可以较为准确的模拟实际桥梁的动力特性;卓越周期较大的Chi-chi单向地震波能引起工程背景斜拉桥较大的位移响应,而卓越周期较小的Lander-amboy波会引起工程背景斜拉桥较大的加速度响应;行波效应对斜拉桥的影响因输入地震波频谱效应的不同而不同,输入地震波的视波速越大,斜拉桥的地震响应特性与一致激励地震波输入的情况越接近。

隧道穿越断层破碎带震害机理研究

首先对汶川"5.12"等各次大地震中跨越断层破碎带隧道震害进行了资料调研,然后通过振动台模型试验及数值计算对跨断层破碎带隧道的动力响应进行了研究,研究内容主要包括围岩与隧道结构的加速度响应特性、地层变形及衬砌结构内力分布规律等。分析结果表明:震害调研结果、振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性,穿越断层破碎带隧道在地震中易于产生破坏;隧道断层带段围岩有较大的加速度响应特性,加速度响应在断层接触段不连续;地震过程中断层带段隧道结构对地层具有明显的追随性和依赖性;断层带隧道错动破坏主要由断层带隧道围岩与较好段围岩位移不同步性而造成的位移差值引起,且位移差值与断层带和隧道较好围岩类型有关;隧道断层破碎带段与较好围岩段衬砌结构横断面具有基本相同的内力分布规律,衬砌内力在共轭45°方向最大,但断层破碎带段衬砌具有最大的内力峰值,更易于在地震过程中产生破坏等。以上成果对于合理认识跨越断层破碎带隧道的地震响应特征具有重要意义,可为隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。

穿越活动地裂缝地铁隧道震害机制研究

通过振动台模型试验对穿越活动地裂缝的地铁隧道的动力响应进行研究,研究内容主要包括地铁隧道的加速度反应,土压力及应变的变化规律。分析结果表明,穿越活动地裂缝的地铁隧道在地震荷载作用中,活动地裂缝场地产生不均匀沉降,上盘沉降大于下盘区,预设地裂缝部位沉降值最大,不均匀沉降导致次生裂缝及沉降陡坎产生,地铁隧道上方场地土体产生细小裂缝;地铁隧道与活动地裂缝的加速度时程曲线均与地震动荷载加速度时程具有一致性,地铁隧道各部位加速度时程保持一致,说明在地震中地铁运动保持整体性,上盘场地的加速度峰值较大,表明在活动地裂缝中上盘区对地震动力有一定的放大效应;活动地裂缝场地中土压力呈现出动土压力性质,地震加载结束后隧道结构侧向的土压力受力状态及大小均产生变化,隧道结构顶部的土压力有较大增加;应变曲线表明,在扩大断面的马蹄形隧道结构中拱腰部位的应变增值最大,拱顶部位次之,底板的应变增值相比最小。以上成果对于合理认识跨越地裂缝的地铁隧道的地震响应特征具有重要意义,可为地铁隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。