武汉长江隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,其抗震性能的研究日益受到社会各界的关注.本文重点研究了武汉长江隧道工程盾构段横断面的地震响应规律.首先利用等效线性化方法对各典型地层构造处进行一维场地地震响应分析,以隧道所在土层的最大剪应变水平作为判断衬砌结构受力大小的依据,并选择危险控制断面.然后对该断面建立二维模型进行动力有限元计算,计算模型考虑了各类管片接头的影响及边界处能量的传输,能够有效地模拟土--结构系统的动力相互作用.计算表明在静力和地震共同作用下,隧道横断面的抗震性能满足要求.     

相对刚度对圆形隧道结构地震反应影响规律的研究

隧道结构与周围地层的相对刚度是两者之间相互作用的根本,本文针对圆形隧道,采用动力有限元方法分别讨论了土质条件(剪切波速)、衬砌厚度、衬砌直径等参数对结构地震反应的影响规律。然后引入柔度比的概念来综合考虑上述因素的影响。计算结果显示:柔度比越大,隧道结构的地震内力反应越小,并且对计算结果进行拟合得到衬砌内力与柔度比的函数关系,可以作为隧道结构抗震分析、设计的参考。     

长短桩组合桩基础的弹塑性分析

长短桩组合桩基础是一种新型基础形式,通过考虑桩土接触非线性对进行长短桩组合桩基础弹塑性分析,研究在组合荷载作用下的长短桩承载能力,揭示长短桩联合工作机理,对今后此新型结构设计提供理论支持。     

建筑管道抗震支吊架力学性能有限元分析

针对建筑管道抗震支吊架理论研究落后于工程应用实践的现状,以某抗震支吊架为研究对象,采用有限元法分析抗震支吊架的力学性能。对比数值计算结果与支吊架室内拉伸试验结果,验证有限元建模的可靠性。针对3种不同地震波,对支吊架结构的地震响应进行瞬态时程分析,并对连接螺栓的拉伸强度进行校核,探讨水平加速度方向、斜撑厚度和安装角度变化对支吊架结构抗震性能的影响。结果表明：在3种地震波作用下,支吊架结构均满足强度要求,且连接螺栓也未发生破坏;当水平加速度侧向输入时,支吊架结构的受力响应最大;随着斜撑厚度的增加和安装角度的减小,支吊架结构的抗震性能增强。     

盾构隧道横向地震响应规律研究

盾构隧道衬砌是典型的装配式衬砌,各种类型接头的存在使得它与整体式衬砌的力学特性存在较大差异。将管片横向接头考虑为旋转弹簧、管片环间接头考虑为剪切弹簧的梁–弹簧模型能够真实地反映管片衬砌的力学行为,但该模型目前仅应用于静力及拟静力分析。将动力有限元方法和梁–弹簧结合起来,提出一种盾构隧道横断面地震响应分析的动力有限元计算模型和方法,这种方法能够有效地模拟地基与结构之间的动力相互作用,能够模拟不同管片接头形式及纵向拼装方式的影响,并且具有很高的计算精度和效率。随后利用该方法对武汉长江隧道工程盾构段典型横断面进行了隧道地震响应分析,研究了不同的结构及接头参数对结构受力与变形的影响规律以及地基加固的减振效果。分析结果表明,管片横向、纵向接头刚度以及管片厚度的改变对衬砌整体变形的大小影响较小,但对衬砌内力尤其是剪力和弯矩的影响显著,三者的增大都会增大结构的内力,而对盾构隧道周围的土体采取适当方法进行地基加固处理,能有效降低结构的内力和变形,减震效果显著。     

接头形式对联络通道抗震性能影响的研究

联络通道与隧道的连接处是隧道抗震的薄弱环节,但目前有关联络通道抗震性能的研究开展得还很少。本文利用经过二次开发的商用有限元程序,采用多次透射边界条件,对某盾构隧道工程的联络通道进行了横向及纵向地震响应分析,重点研究了不同接头形式对结构抗震性能的影响,并得出了有意义的结论。     

盾构隧道动力有效应力分析方法研究

耦合场分割算法是求解Biot动力固结方程的一种有效的方法,它能够充分利用现有程序资源,并且在土介质渗透系数较小时能够有效地解决统一算法中容易出现的病态矩阵问题.然而,目前已经提出的Biot方程分割算法都是基于有限元离散方程形式的,难以直接应用于现在软件的二次开发.在对瞬态热传导方程和孔压消散方程的对比研究的基础上,推导一种能够在结构-温度耦合场分析软件（也可以在单独的结构场软件和温度场软件）上实现的Biot方程多次迭代串行分割算法,即在求解Biot方程的第n＋1荷载步时,预先将孔压消散方程中的耦合项（未知量）用某种形式的预测值（已知量）代替,使孔压消散方程中的未知量只剩下节点孔压,从而可独立求解;再代入Biot方程的第1式,求出节点位移;如此循环迭代,即能以解耦的形式完成Biot方程的求解过程.这种方法对不同维数的问题、不同单元类型以及动力或静力问题都适用,并且额外编程量很少,十分便于推广应用和充分利用现有资源.数值算例结果表明,这种方法具有良好的精度和计算稳定性.最后,利用这种方法对武汉长江盾构隧道横断面进行动力有效应力分析,并对该工程地基的液化危险性进行评价.     

武汉长江隧道工程场地粉细砂基于GDS的液化研究

本文以武汉长江隧道工程为背景,利用GDS三轴试验系统对隧道场地内的粉细砂⑤1、⑤2进行了液化研究。分析了不同粘粒含量对粉细砂⑤1液化的影响以及粉细砂⑤2在不同相对密实度下的抗液化强度,得出了重要结论。     

多次透射边界在ANSYS软件中的应用

利用ANSYS二次开发语言APDL和UIDL语言编制了用户程序包,使ANSYS在进行土—结构系统动力分析时,通过每一步计算,都能够利用模拟无限域影响的人工边界条件———多次透射公式对边界节点的位移进行修正的方法,实现了多次透射边界条件在ANSYS中的应用。数值实验表明,这种方法能够提高ANSYS进行土—结构体系动力反应分析时的计算精度,同时,也简化了地震动输入的处理步骤。     

地铁旁通道抗震性能分析

旁通道与隧道的连接处是隧道抗震的薄弱环节,但目前有关旁通道抗震性能的研究开展得还很少。为此,提出了一种联络通道地震响应分析的动力有限元方法,利用该方法对某盾构隧道工程的旁通道进行了横向及纵向地震响应分析,并分析了不同接头形式对结构抗震性能的影响,得出了有意义的结论。