高铁大跨桥梁设计地震作用与国内外主要抗震规范的比较研究

本文选择了现行国内外主要抗震设计规范,对比了国内外主要抗震设计规范的场地类型划分的差异;考虑地震的重现期与结构的重要性系数等因素,对比分析了我国不同行业抗震规范与《铁路工程抗震设计规范》2009年修正版在多遇地震(小震)、设防烈度地震(中震)和罕遇地震(大震)下各规范反应谱平台取值以及反应谱曲线本身。研究表明我国高铁大跨桥梁在小震的设计取值偏高,中震取值与国内其它规范相当,而大震的取值则偏低。我国高铁大跨桥梁的设计地震作用与欧洲规范Eurocode 8 的对比研究表明,我国的小震(50年重现期)取值小于欧洲规范(90年重现期)、中震(475年重现期)取值也小于欧洲规范(475年重现期)的相应取值。与美国AASHTO规范和加州规范Caltrans(2013)对比研究表明,由于我国规范采用了1.5的重要性系数,小震取值(50年重现期)远高于美国规范的50年重现期的设计地震水平,而与其475年重现期地震水平相当;中震水平(475年重现期)的加速度反应谱平台值略低于Caltrans(975年重现期),但是略高于AASHTO(1000年重现期),我国反应谱曲线与Caltrans大致相当,但是高于AASHTO;对于大震(2475年重现期),AASHTO(2475年重现期)的地震作用取值介于我国的7度 (0.1g) 设防与8度(0.2g)设防之间。总体来说,我国的高铁大跨桥梁的设计地震作用取值偏于保守。     

水电工程抗震设计的地震动评价理论与方法

提出基于考虑断层模型的输入地震动评价理论,为水电工程的抗震设计和既有设施抗震复核时地震动输入(设定)提供一个有效可行的途径.该体系基于断层震源破裂模型,震源至评价场地的三维物理模型,根据差分法或波数积分法等地震理论计算与统计(经验)格林函数法的复合计算技术,进行建设场地和广域地区的地震动模拟,综合考虑了地震三个构成要素,即震源效应、传播途径和场地效应,具有明确的理论背景和可行性.符合抗震设计更为合理,同时又符合经济性的原则.该方法可提供模型区域所有地点的宽频地震动时程,对于水库下游和工程场地周围地区的抗震设防以及地震预警工作也提供了基础.     

穿越断层隧道纵向地震响应规律解析解

隧道穿越断层区域在地震中易受到严重破坏,是隧道抗震设防的重点控制区域。针对现有设计方法很少考虑隧道穿越断层的现状,基于穿越断层隧道地震响应特点,将隧道沿纵向简化为三段位于不同地层条件的黏弹性地基上的剪切梁,推导了地震动下穿越断层隧道纵向地震稳态响应的解析表达式,建立了面向工程设计的穿越断层隧道纵向抗震简化分析方法。首先,采用Kelvin黏弹性地基上的剪切梁模拟衬砌节段,基于格林函数法、拉普拉斯正逆变换和留数法推导衬砌节段在荷载激励下沿纵向的响应。其次再结合衬砌连续性条件获得穿越断层隧道纵向响应解析解。然后通过与数值分析结果的对比分析,验证了该方法的有效性和可行性。最后采用该解析方法进行了敏感性参数分析,探究了边界条件、结构刚度、断层破碎带性质、地基阻尼等关键因素对穿越断层隧道结构地震响应的影响规律：（1）增大衬砌的弯曲刚度会减小衬砌上的位移响应,但同时会显著增大衬砌上的内力响应值;（2）加固断层围岩可减小衬砌在地震动作用下的位移响应,也使衬砌的内力响应减小,并能减小断层对隧道沿纵向地震响应的影响范围;（3）阻尼的存在使衬砌的振动沿隧道纵向出现异步性,加载波的频率越高,隧道衬砌振动的异步性越明显。该解析方法能够快速计算得到穿越断层隧道的地震响应,可为相关隧道工程的抗减震设计提供参考。     

沈阳市F6断层的强地面运动分布模拟

目的 研究沈阳市F6断层在设定地震6.0级时的强地面运动分布,为避免城市活动断层的地震破坏和为重要建筑合理的抗震设防提供依据.方法 通过断裂所处应力环境、形变特征及活动性、结构、规模、地震活动、深部构造等综合分析,确定F6断层的地震危险性.以深、浅层人工地震、钻探、多道直流电法、探地雷达和地脉动数据为基础,建立了沈阳市接近真实的三维地下速度结构模型,强地面运动计算采用了三维有限差分法和统计学格林函数法的合成方法.结果 F6断层为中更新世活动断裂,最大潜在地震震级为6.0级;F6断层的震源模型为具有两个Asperity(凹凸体)的矩形断层:一个最大18 km2的Asperity和一个7 km2的Asperity.在设定地震作用下,F6断层强地震动PGA的影响范围集中于F6断层两侧,最大值达到285 gal;PGV、PGD的分布形态与PGA相似.结论 F6断层发生6.0级时在沈阳市能够形成带状的强地面运动分布,其幅值甚至超出大震设防水准.     

砂土统一本构模型研究及其三维数值实现

基于广义塑性理论与临界状态概念,研究提出了一个统一三维砂土本构模型,通过一组参数实现了砂土由压缩至剪切过程中状态参量的统一表述。基于ABAQUS提供的用户自定义材料子程序UMAT接口,利用Fortran语言编程实现了该三维弹塑性本构关系模型在软件中的二次开发。分别利用Toyoura砂、Fuji River砂以及Tokachi砂的剪切试验数据与数值模拟结果进行对比,结果表明:提出的有限元计算模型可以有效反映加载过程中不同围压和砂土初始密度对应力-应变曲线的影响,能够准确描述密砂的剪胀特性与应变软化特性以及松砂的剪缩特性与应变硬化特性,从而更加真实地反映三维应力状态下土的变形和强度特性。研究成果进一步扩展了ABAQUS在岩土工程中的应用范围,能够为岩土工程领域的数值分析计算提供更加快捷的解决方案。     

潜水层基坑降水引起地表沉降试验与理论研究

为研究基坑内外含水层未完全隔离条件下基坑内不完整井降水引起坑外地表沉降变化机制,以深圳地铁综合枢纽基坑工程为研究实例,选取深圳典型潜水地层,采用模型试验方法,结合理论分析,揭示潜水地层不完整井降水有效影响深度和坑外土层孔隙水压变化规律,分别提出不完整井降水有效影响深度、坑外水位变化曲线和绕渗区划分计算公式。基于提出的理论公式,研究提出基坑外地表沉降简化计算方法,理论计算地表沉降曲线变化趋势与试验结果基本吻合,但理论结果偏于保守,因此进一步利用绕渗区渗流作用原理对简化方法进行修正,有效提高了理论计算精度,分析对比现场监测数据,结果表明该方法具有较高的工程实用价值。上述研究成果可为类似潜水地层基坑工程降水设计、施工提供参考。     

长三角南翼地区未来地震影响研究

目的 根据国家"十五"期间对长三角南翼地区的调查结果,该地区未来具有发生中强度潜在地震的可能性,研究地震发生时地震影响范围和强度,提高相关城市和土木工程整体抗震减灾能力.方法 应用确定性的数理计算方法结合概率性的统计学方法而开发的评价方法,计算应用该地区三维地下层结构模型、基于活断层探测和危险性评价而建立的震源模型.结果 预测结果表明萧山-球川断裂(F1)具有比较确定的影响范围,影响范围涉及杭州市区和东部地区,高值区集中于断层周围,最大加速度值可达250 cm/s2. 断层的空间展布以及其周围的地质条件对于地震产生的空间危害范围具有显著的影响作用.结论 预测结果为今后可能发生的罕遇地震的一种结果,可为考虑区域环境条件下城市和重要工程的抗震减灾工作提供科学的数据.     

穿越断层分段柔性接头隧道纵向地震响应解析解

隧道穿越活动断层段是地震中破坏最为严重的区域之一,是隧道抗减震设计的关键控制区域。对于穿越断层隧道,设置柔性接头是一种有效的抗减震措施。针对穿越断层隧道柔性接头无可用抗震设计方法的现状,基于隧道的灾变特性和柔性接头的设计理念,提出柔性接头力学模型,建立了面向工程设计的穿越断层分段柔性接头隧道纵向抗震简化分析方法。然后通过与有限元数值解和现有研究的对比分析,验证了该方法的有效性和可行性。最后应用该解析式进行了敏感性参数分析,揭示了结构刚度、断层宽度等关键因素对穿越断层分段柔性接头隧道地震响应的影响规律。研究结果表明：(1)柔性接头能增大衬砌的可允许变形能力,有效减小隧道衬砌的内力,使断层对隧道动力响应影响局部化。无论是否设置接头,穿越断层隧道受力的不利位置主要分布在断层中部和断层与上下盘接触面位置,是抗震设防需重点关注的区域;(2)增大衬砌的弯曲刚度会减小衬砌上的位移响应,也增大其在两接头位置的位移差,同时会显著增大衬砌上的内力响应值;(3)断层破碎带宽度的增大,隧道的位移增大,衬砌的弯矩响应最大值也增大,而剪力响应最大值表现为先增大后减小的趋势,其对隧道沿轴向地震响应的影响范围也增大。     

日本理工科大学的改革

当前我国的理工科大学正面临着从以知识传授为主向以能力培养为主的转变,而我国的高等教育还停留在教师主宰整个课堂、学生被动接受,以教材、教室、教师为核心的模式上。文章以国际知名理工科大学为例,探询世界一流大学的办学理念及具体做法,在学科建设与课程设置、教师队伍构成与管理、综合型人才培养与产学研合作、国际交流与合作研究等方面提出建设性意见。     

B-Spline函数在区域三维地下速度模型中的应用

基于B-Spline函数对大宗散乱数据的处理方法,将B-Spline函数应用到地震数值计算的物理模型中,优化了物理模型,使数值计算的稳定性及计算结果的准确性得以保证。