纵向非一致激励下埋地管道的振动台试验研究

为研究在一致、非一致激励振动台试验中不同箱体内土体、管道地震响应的异同,基于已经开发的悬挂式连续体模型箱开展了一系列多台阵振动台试验。对不同箱体中土体、管道的加速度以及管道应变等试验数据进行了分析,结果表明：(1)在一致激励不同加载等级下,不同箱体中土体表面各监测点的位移时程曲线基本一致,而在非一致激励下,不同箱体中土体表面各监测点的位移时程曲线差异明显。各箱内土体间产生了明显的纵向相对位移,土体被拉裂,且在地震动作用后均产生了较大的残余位移;(2)与一致激励下相比,非一致激励下各箱内管道及其周围土体之间均产生了明显的相对位移,造成了管道应变的增大,其峰值应变是一致激励下的2倍左右;(3)在一致激励下,各箱体内土体、管道的地震响应基本相同,非一致激励下不同箱体内土体、管道的地震响应虽然存在差异,但各箱体内管–土地震响应规律基本相同。     

海底盾构隧道–竖井连接部位三维非线性地震反应特性

海底盾构隧道–竖井连接部位在地震作用下易发生损坏。以汕头海湾海底隧道为例,考虑海床土体和混凝土的非线性,利用多点约束与连接单元模拟管环间的螺栓连接,经幅值标定的不同特性的强震记录作为输入基岩地震动,采用动力时程法(纵轴向+横向+竖向震动、纵轴向+竖向震动)与广义反应位移法(纵轴向+横向+竖向震动)对比分析了盾构隧道–竖井连接部位的三维非线性地震反应特性。不同特性的地震动作用下,多点约束与连接单元能有效模拟盾构隧道管环间的变形特性,管环拱顶与外拱肩处的张开量较大;竖井在与竖轴共轭45°方向上的损伤严重、应力集中显著;低频丰富的地震记录激励比高频发育的地震记录激励对该连接部位的影响更大。隧道–竖井接头处的地震变形与应力远大于距离接头较远处隧道管环的地震变形与应力,且横向地震激励的影响不容忽视。两种方法计算的连接部位沿隧道纵向的地震反应特征一致,但广义反应位移法计算的隧道、竖井的地震反应明显大于动力时程法的结果。     

桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

P波入射下考虑基槽回填材料的沉管隧道抗震分析

沉管隧道基槽回填是沉管隧道施工中的重要工序，而其对沉管隧道的抗震减震性能影响规律在现有研究中鲜有提及。为探究沉管隧道柔性接头在不同回填材料刚度下的位移量，基于多质点-弹簧-梁模型，结合纵向反应位移法，运用考虑纵向限位装置的柔性接头轴向受力分析模型，以广州市如意坊沉管隧道为背景，开展P波入射下的纵向动力响应分析数值试验。计算结果表明：数值模型与计算方法能够得到合理的场地与结构响应；采用纵向反应位移法进行计算分析时应提取自由场中隧道截面对应位置处的多点位移时程作为结构的激励；未经处理的淤泥质软黏土不能作为基槽回填材料，将砂土或砾石作为基槽回填材料时，若增大其密实度，其抗震能力可获得进一步提高。该研究结果可为沉管隧道在地震作用下的响应分析与抗震设计提供更为可靠完善的计算模型与设计依据。     

基于半桥试验的双塔斜拉桥纵向地震响应研究

克服振动台进行小比例大跨度斜拉桥模型试验的局限性,以一座主跨为680m的对称大跨双塔斜拉桥为原型,设计缩尺比为1∶40的混凝土斜拉桥的半桥模型。采用振动台试验方法,研究纵向一致地震激励下半桥模型替代对称双塔斜拉桥的可行性。首先,基于动力学基本理论,提出双塔斜拉桥简化为等效半桥模型的边界条件,并通过两种模型的动力特性对比验证所提出的等效边界的合理性。其次,设计纵向地震作用下对称边界的实现方式,开展不同结构体系的半桥模型在纵向地震作用下的振动台试验;并进一步对比探讨纵向黏滞阻尼器对斜拉桥地震响应的控制效果。研究结果表明：不同PGA的地震动纵向一致作用下,等效半桥模型与全桥模型的地震响应规律基本相同;黏滞阻尼器对半漂浮体系斜拉桥的梁端和塔 梁的位移响应的有较好的减震效果。     

考虑地震动空间变异性的沉管隧道纵向动力响应分析

近年来研究表明,地震动空间变异性对于长大结构的地震响应具有很大的影响。本文通过动力时程分析法,以港珠澳沉管隧道为背景,研究了行波效应以及相干效应对沉管隧道纵向动力响应的影响。研究发现,考虑地震动空间变异性将会导致沉管隧道在地震作用下的轴力、弯矩以及GINA止水带的变形量有很大的增加。此外,考虑行波效应时,采用不同的行波波速会对沉管隧道的地震响应造成一定的影响,随着行波波速的增大,沉管隧道的动力响应先增大后减小。在考虑相干效应时,采用的相干模型的相干性强弱会对结果有很大的影响,相干性越弱,沉管隧道在地震作用下的轴力、弯矩以及GINA的变形量越大,反之,则越小。     

近断层地震对跨海双弧形桥塔斜拉桥动力响应研究

为探究具有双弧形桥塔的跨海斜拉桥脉冲与非脉冲地震动力响应,首先基于Midas/Civil 2019建立了拉索几何非线性的三维空间有限元模型,并分析了结构自振特性;其次,结合桥址处的地震烈度选取了一定数量的脉冲与非脉冲地震动,作为地震响应分析的激励源;最后探究了脉冲与非脉冲地震作用下的结构内力、关键位置位移、拉索应力和应力幅等问题。研究结果表明：脉冲地震作用下的主梁弯矩、桥塔弯矩及剪力均要大于非脉冲地震下的响应值,且在纵向+竖向地震激励下,主梁弯矩和剪力仅有1个峰值,但在横向+竖向地震激励下有2个峰值;脉冲地震作用下的位移响应均要大于非脉冲地震作用下的位移响应,其中跨中主梁处的横向位置位移响应最大,最大值为176.8 mm;从地震激励方面看,纵向地震下的纵向位移要大于横向位移,而横向地震下的横向位移要大于纵向位移;脉冲地震作用下的拉索应力最大值为175 MPa,应力波动幅度达到100 MPa。     

双向叠层剪切箱的研制及模型土体振动台试验研究

在结构–土体动力相互作用试验中,最常用的盛土容器是叠层剪切箱。在总结国内外剪切箱经验的基础上,研制出了刚度可调的二维叠层剪切箱,改进了箱体层间滑动装置。通过地震激励下模型土体试验,验证了该剪切箱很好的解决了单向水平地震输入时的边界效应,研究了土体在地震作用下的位移变化形态和非线性特征,得到了土体剪应力随地震动峰值的变化规律。结果表明:不同高度处土体的位移分布接近第一振型,土体剪应力和剪应力–剪应变滞回曲线的包络面积都随着地震动峰值的增大而增加,但是上下部土体的剪应力增加速率存在明显不同。     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。     

海底盾构隧道纵向地震反应特征的子模型分析

考虑海床土体的空间不均匀性、动力非线性特性和海底盾构隧道管环间纵向螺栓连接等因素,提出了基于子模型技术的长大隧道纵向地震反应广义反应位移法,研究了不同地震动作用下隧道管环间的张开量和地震应力分布特征。结果表明:①基于子模型技术的广义反应位移法建模简单,能合理地考虑土与隧道结构的动力相互作用效应对长大隧道结构纵向地震反应的影响;采用压力–过盈模型和黏结模型表征管环间纵向连接螺栓的作用,可较合理地描述相邻管环间的非连续变形特性。②隧道穿越软硬土层交界处的管环张开量较大;基岩峰值加速度相同时,低频发育的Darfield地震动作用引起的管环张开量明显较之高频发育的Iwate地震动作用时的大,且基岩峰值加速度为0.2g和0.4g的Darfield地震动作用下局部位置的管环间张开量超过防水允许限值。③不同频谱特性的基岩地震动作用下管环地震应力分布差异较大,Iwate地震动作用时基岩隆起区域靠近管环顶部处的地震应力较大;Darfield地震动作用时隧道穿越软硬土层交界处及砂土透镜体附近的管环地震应力较大。     

超长沉管隧道纵向地震响应频域分析方法

中国目前还没有专门的沉管隧道抗震规范,且以往的地震响应分析方法考虑的因素不够全面,比如通常忽略隧道惯性的影响、不能考虑复杂地基条件、不能考虑沉管底部非一致地震激励以及不能考虑土体动刚度系数和阻尼系数的外部激励频率相关性等。基于此考虑,在借鉴日本水下隧道抗震设计规范所推荐方法(响应位移法)的基础上,利用Winkler地基梁理论和快速Fourier变换技术,建立了动力Winkler地基梁频域分析方法。最后,分别采用响应位移法和本文所提之分析方法对港珠澳大桥海底沉管隧道工程进行了纵向地震响应计算,对两种计算方法作了讨论和评价,并提出了一些对港珠澳沉管隧道工程抗震设计具有参考价值的结论和建议。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验数值研究

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质粘土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质粘土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,模拟考虑非一致波动输入的地铁车站振动台试验模型。对比了有限元试验模型与振动台试验的基频和加速度结果,以及有限元试验模型与实际地铁车站有限元模型的内力和加速度结果。通过三者的相互验证,对非一致波动输入地铁车站振动台试验的方法进行了研究。     

盾构隧道在可液化场地中的地震响应分析

盾构隧道的装配式管片是其显著的结构特点,目前的抗震研究主要采用简化方法,少有能有效反映管片和接头细部特征的动力反应分析方法,对其在可液化场地中的地震响应规律也需要进一步研究。本文建立了一种精细化装配式管片结构计算模型,并基于砂土液化大变形统一本构模型,采用弹塑性有限元动力时程分析,分析了盾构隧道在可液化场地中的地震响应特征及规律。结果表明接头处响应是盾构隧道抗震的重要考虑因素。装配式管片结构相比于整体式结构柔度更大,受力较小,变形较大。在可液化场地中盾构隧道由于水平向作用力显著增加,在水平向被挤压,受力分布和抗震不利位置相比非液化场地有明显区别。     

跨断层隧道抗减震措施性能振动台试验研究

跨断层的隧道工程在中国高烈度地震区已经越来越普遍。针对目前土木工程抗震设计规范对跨断层隧道的不适用性,通过振动台模型试验研究了隧道结构常规与新型抗减震措施在地震动力荷载作用下的响应特性和破坏机理。结果表明：断层滑动装置在单体模型箱中模拟断层滑动状况良好;套管式可变形结构的抗减震性能最好;减震层可以提高隧道结构整体的耐震性能;减震缝通过提高隧道结构纵向自由度而减轻震害。分析了隧道结构在地震中发生破坏的初始位置与破坏过程,揭示了各种抗减震措施的作用机理。最后,将地震烈度与隧道结构破坏过程相结合,提出了各种抗减震措施的适用条件。为研发新型隧道抗减震措施与隧道抗震设防提供参考。     

黄土无衬砌隧道破坏机制振动台试验研究——隧道稳定性分析讲座之二

在参考相关文献以及做了一定数值模拟分析后进行了黄土无衬砌隧道的大型振动台试验的研究.振动台试验的研究结果表明:埋深越深峰值加速度越小,埋深浅的隧道和地下结构要加强抗震措施;隧道洞口部由于刚性变化较大峰值加速度相比沿隧道其它位置要大,在隧道洞口部一定范围内要提高抗震水准;隧道直墙中下部是最易破坏的部位,而隧道仰拱会出现拉...     

古建筑木结构榫卯节点采用碳纤维布加固模型振动台试验研究

对宋代殿堂式木构建筑心间缩尺模型已残损的燕尾榫节点用碳纤维(CFRP)布进行加固,并进行模拟地震振动台试验。选用El Centro波、Taft波、兰州波作为输入地震波,采用多点多指标同步测量柱根、柱头、斗栱的地震响应,对CFRP加固模型结构的破坏形态、动力特性、耗能能力进行分析。结果表明：CFRP加固模型的自振周期T的变化范围在0.53～0.67 s之间,阻尼比ξ的变化范围在2.8%～4.6%之间,随着地震激励的增加而增大;加固模型的动力放大系数 β 小于1,随着地震激励的增加而减小;模型的铺作层、柱础层通过摩擦滑移来耗能,柱架层的耗能能力最强,在模型整体的耗能、减震中起着主要作用。     

锯末混合土场地模型振动台试验研究

在北京工业大学九子振动台台阵系统上开展了一系列锯末混合土场地模型试验,试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,其尺寸为7.7 m(长)×3.2 m(宽)×1.2 m(高),输入地震动时程采用El Centro地震动记录和天津地震动记录,地震动输入方向为水平横向和水平纵向。通过场地模型振动台试验,验证了设计的模型箱的较小的"边界效应"影响程度,同时考察了锯末混合土场地模型的动力特性及其变化规律。对部分试验结果,包括场地反应的地震动峰值加速度及其动力放大系数、加速度时程及其频谱,进行了具体分析。试验结果表明:本次使用的装配式连续体刚性模型箱边界效应处理效果良好,同一水平面上不同部位土体反应的加速度仅有较小差异;随着地震动输入强度的增大,同一测点反应的峰值加速度总体上在增大,但其加速度动力放大系数总体上呈现减小的趋势,反应的频谱组成从较高频率向较低频率移动。这些结果说明,随着地震动输入强度的增大,土体由于刚度发生变化而相对变软,土体模量逐渐降低。     

基于三维隔震的巨子结构多维地震反应分析

为解决高层结构三维隔震的难题,针对一种巨子结构和基于子结构三维隔震的巨子结构进行振动台试验和三维地震作用下的数值分析。首先介绍了巨子结构的原型结构、缩尺模型结构和振动台试验方案。随后进行了模型结构振动台试验,测量和分析了结构的地震响应,并与数值分析结果进行了对比。最后对原型结构进行了三维地震作用下的地震反应数值分析。试验及数值分析结果表明：在子框架底部设置三维隔震支座不同于基础隔震的形式和减震机理,但仍延长了整个结构的水平和竖向自振周期。数值分析结果与试验结果吻合较好,误差较小。隔震子框架对各类场地地震动作用下的主框架三维地震响应具有明显的调谐减震作用。三维隔震支座对各类场地地震动作用下的子框架三维地震响应具有显著的隔震作用。罕遇地震作用下的隔震层位移反应没有超过隔震缝宽,子框架不会与主框架发生碰撞。     

强震区山岭隧道洞口段结构动力特性分析

 以雅安—泸沽高速公路高烈度地震区山岭隧道为依托工程,对山岭隧道洞口段结构动力响应进行大型振动台模型试验研究,得出如下结论：隧道结构的最大地震动响应出现位置及其破坏形态与5.12汶川大地震中隧道工程的破坏情况基本一致;隧道设置减震层后,衬砌裂缝数量明显减少,能够改善隧道结构的整体受力状态;在试验中隧道结构均出现一定数量的环向裂缝和斜向裂缝,大部分纵向或斜向裂缝延伸至环向裂缝后终止发展。建议在隧道洞口段设置一定数量的减震缝,吸收地震时能量,减小对结构的破坏。研究成果对高烈度地震区山岭隧道抗减震设计与施工具有一定的参考价值。     

浅埋偏压小净距隧道衬砌地震应变规律研究

设计并制作了比例为1∶10的浅埋偏压小净距隧道物理试验模型,并开展了大型振动台试验,研究了地震波类型及加速度激振峰值对浅埋偏压小净距隧道衬砌应变响应规律的影响。研究结果表明:在0.1g与0.2g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且平缓;在0.4g与0.6g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且波动较大。拉应变受地震波类型的影响较小,而受地震波加速度激振峰值的影响较明显且随着加速度激振峰值增大而增大。在衬砌拱脚及拱顶处会产生较大的拉应变。衬砌的拉应变大于压应变且拉应变的变化趋势较为明显。在不同的加载波类型和不同的加速度激振峰值作用下,应变变化趋势呈现明显的非线性变化特征。研究结果可为浅埋偏压小净距隧道的设计与建设提供有益参考。