一座混合空间结构地震模拟试验设计及抗震性能分析

本文介绍了深圳市少年宫水晶石大厅的地震模拟试验。对由钢结构、SRC、高强度 RC结构等多种结构构件组成的混合空间结构的模型设计及试验方案的确定进行了探讨。通过振动台试验 ,确定了模型的自振频率 ,多种地震波输入下的结构加速度反应和位移反应 ,对结构的抗震性能进行了综合评定。为混合空间结构的地震模拟试验设计及抗震性能分析提供参考     

箱板式钢结构住宅模型振动台试验设计

箱板式钢结构是一种新型装配式结构体系,为研究其在地震作用下的抗震性能,在中国地震局工程力学研究所对箱板式钢结构住宅进行了1/10的模型振动台试验。详细介绍了该箱板式钢结构住宅结构体系的特点、振动台试验模型材料的选取、运用一致相似率确定动力相似关系以及试验方案的设计。模型配重设计分别采用人工质量模型、忽略重力质量模型、欠人工质量模型三种计算方法。计算表明,采用欠人工质量模型是可行的。另外,针对钢板较薄、模型施工困难的特点,采用了结构胶粘结的方法。     

南京站主站房地震模拟振动台试验研究

南京站主站房下部为混凝土结构,屋盖为斜拉钢结构。由于建筑造型的需要,结构复杂。对这种混合结构进行地震模拟振动台试验时,如何保证原结构与模型间的相似性是一个很重要的问题。本文较详细地介绍了此次地震模拟振动台试验的过程,包括模型材料的选择、模型的制作、地震波的选择、振动试验、结果分析等方面的内容,可为类似结构进行振动台试验提供参考。模型试验结果表明,在振动台模型中分别用砂浆和铜材模拟混凝土和钢材是完全可行的;对于屋盖为钢结构,下部为钢筋混凝土结构的混合结构,在地震作用下,下部钢筋混凝土更为不利;对于类似单向受力特性明显的结构,加强纵向联系是十分必要的。     

特别不规则体型高层钢结构地震模拟振动台试验研究

通过对一特别不规则体型高层钢结构进行了1/12整体模型地震模拟振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,并根据试验结果和相似理论,推导、分析了原型结构的地震反应。最后对原型结构的抗震设计提出了一些改进建议。     

单层钢框架结构振动台试验与数值模拟对比分析

基于振动台试验结果,采用有限元分析软件ETABS和时程分析法分别模拟单层钢结构模型在不同的地震波及地震加速度峰值条件下的地震反应。在相同加速度峰值的地震波作用下,模型结构的地震反应数值模拟结果与振动台模型试验实测结果吻合良好,证明本文的分析模型及方法是可行的,可作为振动台结构模型试验的辅助工具。     

土-结构动力相互作用系统离心机振动台模型试验

为研究土-结构动力相互作用系统的地震反应情况,在50g的离心加速度条件下,采用Kobe波作为地震输入,进行两种埋深情况下砂土地基中较大断面地下结构的离心机振动台模型试验。介绍试验设计方案,给出加速度、土压力、位移和应变反应的量测结果。试验结果表明:结构最大弯曲应变发生在柱上端,说明柱是地下结构抗震最不利构件,且柱上端相对于柱下端更为不利;地震作用下结构所承受的总土压力有所增加,并且在地震作用后维持在较高的水平,最大土压力增量与最大总土压力均发生在底板角点处;埋深对地下结构的地震反应有重要影响,本次试验中,结构在对应于原型埋深为5m时的受力情况相比于埋深2.5m的情况更为不利;辅助观测断面与主观测断面相同位置测点的附加弯曲应变峰值较为接近,并且应变反应波形较为一致,表明结构模型地震反应的整体性较好。     

大断面顶推箱涵施工中泥浆套形成机理试验研究

形成良好的泥浆套是大断面箱涵顺利顶进施工的关键.结合某大断面箱涵下穿分离式立交工程实例,设计了模拟试验.对不同土质情况下,正压力、土体含水量及密实度等影响泥浆套形成的因素进行分析.试验证明,最佳注浆压力应为泥浆膜扩散迅速发展的前一级压力,注浆压力随土体密实度增加而增加且与含水量无关,浆液的扩散是劈裂扩散,劈裂压力随土压力增大而增大,约为土压力的2倍.     

245m超大跨度拱形预应力张弦桁架结构设计与施工

为实现料场全封闭,针对某245m跨度料场封闭项目,介绍了超大跨度拱形预应力张弦桁架结构的设计要点及施工方案。首先,对结构断面进行选型,建立有限元模型,对结构进行强度、刚度、稳定性分析以及节点分析。其次,根据项目特点,介绍了主体钢结构的累积滑移法施工流程,提出了一种顶面带倾斜角的钢筋混凝土滑移墙结构,并采用了一种逆向累积滑移法施工方案完成主体钢结构的安装。分析结果表明,结构各项计算指标均满足相关规范要求,合理的结构断面形式可节约主体结构成本,施工采用滑移墙及采用逆向累计滑移法施工可确保主体钢结构顺利就位,降低施工措施费用,对确保施工工期起到关键作用。     

钢结构高效装配减震体系拟动力和静力试验研究

针对装配式钢结构中广泛应用的钢框架箱型柱全熔透焊接的传统连接技术存在热影响区力学性能差、施工效率低、人工成本高、污染环境等关键问题,课题组提出芯筒式全螺栓连接节点,结合中间柱摩擦阻尼器减震技术,构建一种高效装配式减震钢结构体系。以工程实例为原型结构,对其中一榀进行0.7倍缩尺,对钢结构高效装配减震体系试验框架进行拟动力和拟静力试验研究。研究表明在El-Centro波8度(0.2g)多遇、设防、罕遇和8度(0.3g)罕遇地震作用下,试验框架表现出良好的刚接性能,拟动力试验结束后基本无塑性损伤。拟静力试验大变形情况下,试验框架滞回曲线呈双线性,结构主要通过阻尼器进行耗能,试验结束时,除柱脚应变较大外,节点域以及梁和中间柱位置几乎保持弹性状态。结果表明钢结构高效装配减震体系节点有良好的受力性能,中间柱型阻尼器发挥了耗能作用。     

钢隔震墩在低层框架结构中的应用研究

钢筋沥青隔震技术在砖砌体农居的减震效果已经过工程实践检验,但在低层框架结构中应用还不常见。为研究其抗震性能,根据相关理论设计了一种新型钢结构隔震墩,介绍其构造、工作原理及设计理论,制作了1/2缩尺框架子结构模型,通过地震模拟振动台试验输入Taft波和卧龙波,对比分析结构地震反应,研究钢隔震墩模型的振动特性。试验表明:在100 cm/s~2的地震动作用下,隔震层钢筋处于弹塑性工作状态,震后能复位到接近原点;钢隔震墩加速度折减系数一般在0. 52以下,具有明显的减震效果;结构变形主要发生在隔震层,极大减小了上部结构地震反应。同时,钢隔震墩施工方便,造价低廉,耐久性好,可以在乡镇地区低层框架结构房屋及变电站建筑中广泛推广使用。     

波纹钢板涵洞的动力放大系数

对4种波纹钢板(CSP)涵洞的动力放大系数(DAFs)进行了试验研究。给出了静力和动力荷载下现场试验的结果。动力荷载下的位移和应变均高于静力试验。基于上述两种方法确定DAFs。在第一种方法中,可以从静力试验中直接获得结构的静力响应。在第二种方法中,可对涵洞的动态响应进行筛选,得到结构的静态响应。为使静态值的DAFs不存在较大误差,采用过滤法对涵洞的动态响应进行筛选。与第一种方法相比,误差不超过3%。位移的DAFs为1.116～1.260,应变的DAFs为1.105～1.293。DAFs的主要影响因素有涵洞的跨度、土壤覆盖层厚度和车速。研究得到的结论有助于评估CSP涵洞的动力放大系数和承载率。     

钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究

通过室内模拟试验,选取钢波纹管涵洞中间断面,在特征点布设应变片、土压力盒及变形测量仪器,对钢波纹管涵洞的力学特性、管周土压力及涵管变形规律进行了研究,分析了应变与应力、管周土压力及涵管变形的变化规律。研究结果表明：钢波纹管内、外部波峰与波谷环向拉、压变化规律一致;在最高填土高度为18.0 m时,内部涵顶测点1位置环向拉、压应变与应力值最大为1146,-930 με与308,-243 MPa;涵顶竖向土压力最大值为551 kPa;变形量最大为13 mm;在高填土情况下以涵顶土压力值作为涵洞设计的设计参数。     

1-g shaking table tests on seismic enhancement of existing box culvert with partial ground-improvement method and its 2D dynamic simulation

An underground structure buried in a soft ground located in a seismic-active region may experience intolerable deformation due to earthquake loading. The collapse of Daikai Station of the Kobe subway line during the 1995 Hyogoken-Nambu Earthquake demonstrated that underground structures may also sometimes be at high risk for failure in a huge earthquake. In particular, box culverts constructed in a soft ground with a thin overburden are vulnerable to earthquakes. Some previously constructed box culverts do not meet the present requirements of seismic design standards. In this paper, numerical analyses and 1-g shaking table tests are conducted to evaluate the effect of partial ground improvement (PGI) as a seismic countermeasure for the above-mentioned existing box culverts. Particular attention is paid to the optimum pattern of PGI that can most efficiently reduce the impact of an earthquake on a box culvert. The underground structure of Daikai Station is taken as an example and its physical and geometric conditions are used to model the box culvert in the analyses and the tests. In order to accurately consider the influence of the soil-structure interaction (SSI) on the underground structures, both the soil and the box culvert are considered in the analyses and the shaking table tests. Four different patterns of PGI are considered. Based on the analyses and the tests, an optimum pattern for the PGI of existing box culverts is proposed.     

波纹钢管涵洞在公路建设中的应用

简要介绍了波纹钢管涵的特点及分类、适用范围,着重阐述了波纹钢管涵施工要点,并结合具体实例论述了波纹钢管涵在高速公路和旧桥涵加固中的应用及效果,指出使用波纹钢管涵一方面缩短了工期,另一方面增加了国内用钢量,值得大力推广。     

The use of recycled tire chips to minimize dynamic earth pressure during compaction of backfill

The backfill areas of concrete culverts constructed in roads have been subjected to differential settlement due to poorly compacted soils. Dynamic compaction rollers cannot be fully utilized to compact the backfill soils near the culverts because the high earth pressure induced by dynamic loading frequently results in cracks in the culvert walls. In this study, two cushion materials, recycled tire chips and expanded polystyrene (EPS) boards are applied on the culvert walls in backfill areas to reduce the dynamic earth pressure induced by the compaction loading as well as to improve the characteristics of compacted soils. A numerical analysis is carried out to study the effects of the cushion materials on the stress variation with soil depth in the backfill areas. The numerical analysis shows that a cushion material with low elastic modulus and high damping ratio can effectively reduce the dynamic earth pressure. Field tests are also performed to study the performance of the two cushion materials. It is found from the field tests that the both cushion materials reduce the dynamic earth pressure acting on the culvert wall. However, the recycled tire chips are more efficient in reducing the dynamic earth pressure because of its relatively high damping ratio and low stiffness values compared to the EPS.     

覆土不锈钢波纹板涵管的土—结构相互作用研究

覆土不锈钢波纹板涵(管)结构属于柔性结构,回填土与不锈钢波纹板结构之间具有很好的协同工作性。本文通过将土-结构相互作用分解为法向和切向行为,建立了覆土不锈钢波纹板涵的有限元模型,并考虑了不同摩擦系数的影响。研究结果表明,回填土与不锈钢波纹板之间的摩擦系数对不锈钢波纹板受到的法向和切向土压力均有影响;随着回填土厚度的增加,不锈钢波纹板涵受到的法向土压力将会逐渐趋于均匀分布。     

Experimental study on concrete box culverts in trenches

Concrete box culverts are widely used in expressways in mountain areas. Many problems frequently take place due to improperly estimated vertical earth pressures on culverts. The prevailing Chinese General Code for Design of Highway Bridges and Culverts (CGCDHBC) stipulates the computation of the design load on culverts primarily based on the linear earth pressure theory, which cannot accurately describe the variation of the vertical load on culverts in trenches. In this paper, a full-scale experiment and numerical simulation were conducted to evaluate the variation of vertical earth pressures on culvert and soil arching in backfill. The variations of foundation pressure and settlement were also analyzed. The result revealed that the soil arch forms when the backfill on the culvert reaches a certain height. The soil arching effect reduces the stress concentration on the crown of the culvert but it is unstable. The vertical earth pressure on top of the culvert is significantly different from that recommended by the CGCDHBC.     

软土地基沟埋式涵管的若干关键设计问题探讨

目前,沟埋式涵管广泛应用于珠三角水利建设中,由于缺乏对软土地基变形规律的正确认识以及合理的涵管垂直土压力计算理论,涵管在运营中常常出现各种病害。本文以广东省肇庆市某涵闸工程为研究背景,分析了软土地基上涵管的一些常见问题,包括地基不均匀沉降、涵管开裂、附加土压力等,通过现场调查、原位试验和有限元分析问题产生的原因,并且对涵闸地基沉降计算以及箱涵顶垂直土压力进行研究。最后,给出解决上述问题的一些方法和建议:①基础设计时,不仅要考虑地基强度问题,更要重点计算地基的沉降,确保处理后地基的刚度差异不大,以减少地基的不均匀沉降;②根据填土荷载大小确定地基刚度,即荷载越大的地方布桩应该越密,反之越疏;③涵管的结构设计必须考虑地基不均匀沉降引起的附加土压力。     

液化场地浅埋钢筋混凝土结构物变形及 动土压力分析

 基于多重剪切机构塑性模型和液化前缘面的有效应力分析方法,分析不同地震强度下液化场地中浅埋大断面矩形钢筋混凝土结构物变形与地震动土压力分布特征,进而探索0.85 g输入地震波条件下结构物与液化土间的相对位移差、结构物侧壁和顶底板土体的动土压力、剪切应力、有效应力和超孔隙水压力的变化规律。研究得出结构物的最大变形、弯矩和曲率值随着地震强度的加大而增大,结构物最先发生屈服变形部位位于拐角处,并逐步向周围扩展;场地发生液化模型中的结构物–液化土相互作用系数数值小于场地未发生液化模型,结构物与土体间的相对位移差值随着场地液化而剧增到一定值;作用于结构物侧壁的动土压力最大值和震后值随地震强度加大而增加,但不是简单的线性增长;结构物侧壁动土压力随着振动持续而增长,而作用于顶底板土层的剪切应力和侧壁有效应力随着土体液化而剧减。研究结论可为液化场地浅埋结构物的抗震设计提供可靠的依据和参考。     

Dynamic testing of a soil–steel composite railway bridge

Actual dynamic response of a long-span corrugated steel culvert railway bridge is studied. The bridge, which is a type of soil–steel composite structures, has a span of 11 m. Tests were carried out by measuring strains and displacements during passages of a locomotive at different speeds. Vertical ballast accelerations as well as the effects of braking forces were also measured. The tests showed that the speed has a large influence on the displacements, thrusts and moments. The measured dynamic displacements and thrusts are as much as 20% larger than the corresponding static response. This is greater than the values specified in bridge design codes. Dynamic amplification factors as high as 1.45 were obtained for the moments at the quarter point which is found to be much larger than the values for the crown point. This type of bridge structure is believed to be less sensitive to resonance from passing trains than other common bridge types, due to the high damping values obtained from the forced vibration tests.