高性能泡沫混凝土隧道隔震材料研究

基于泡沫混凝土作为隧道隔震材料在力学性能上的要求,开展了影响泡沫混凝土隔震性能的九因素四水平正交试验,通过正交试验得到了影响泡沫混凝土隔震性能的主要因素及各组分的最佳配合比,并研制得到了一种高性能泡沫混凝土。静力与动力试验结果表明该高性能泡沫混凝土的强度、延性、防水性能较普通泡沫混凝土都有明显改善。同时,为验证其作为隧道隔震层的减震效果,将其运用于西藏嘎隆拉隧道洞口段的抗震计算中。数值计算结果显示高性能泡沫混凝土可以有效降低隧道衬砌单元的应力及塑性破坏区的大小,从而证明其具有良好的隔震性能。综合考虑高性能泡沫混凝土的隔震性能与经济性,研究成果对高烈度区隧道的抗震设计有较好的借鉴意义。     

穿越软硬围岩隧道设置减震层振动台试验研究

以西部高烈度地震区浅埋公路隧道为依托,通过大型振动台模型试验,研究隧道穿越软硬围岩段在地震荷载作用下设置减震层的动力响应特性,并采用数值模拟方法对试验结果进行验证分析。试验及数值计算结果表明,从洞身段来看,减震层厚度存在最优值;从穿越软硬围岩段来看,增加减震层厚度可降低隧道沿纵向的动力响应差异,但加速度峰值会有所上升;拱顶围岩和隧道衬砌结构加速度响应频谱曲线均表现出“三峰值”现象,设置减震层并不会显著改变围岩频谱特性,衬砌结构也不显著体现自振特性,其响应主要取决所穿越围岩的动力特性;减震层处于最优值时可通过吸收更多的低频组分来降低隧道的动力响应;设置减震层可显著降低二衬动应力,但会使初支动应力呈现不同程度的放大,随减震层厚度的增加,二衬动应力先减小后增大,初支动应力先增大,后呈降低趋势;通过观察衬砌破坏形态,隧道拱顶、拱脚和仰拱易发生开裂,设置减震层后,仰拱相对容易发生破坏,应给予重点关注。研究成果可为西部高烈度地震区浅埋隧道抗震设计提供参考。     

高烈度地震区隧道设置减震层的减震原理研究

现场调查表明:汶川大地震震区隧道结构受到比较严重的破坏,严重影响了灾区救援和重建,可见传统的隧道抗震技术已不能保证高烈度地震区隧道结构的安全,为此利用波动理论对隧道减震层减震模型进行研究,推导地震波沿隧道结构轴线方向作用下的减震计算公式,研究减震层厚度、减震层弹性模量、减震层刚度和地震波输入频率等参数对隧道减震效果的影响,并通过室内模型试验验证隧道减震层减震模型的减震效果。研究成果可为高烈度地震区隧道结构减震设计提供参考。     

高烈度地震区黏滑断层隧道减震层减震模型试验研究

为提高高烈度地震区黏滑断层隧道的抗震性能,依托都汶高速龙溪隧道F8黏滑断层段,开展了不同厚度减震层的大型静力断层黏滑错动试验和强震震动动力试验,对强震作用下黏滑断层隧道减震层减震技术进行研究。研究结果表明:强震作用下断层黏滑错动对隧道上盘部分的影响程度及影响范围均大于下盘部分,隧道上盘部分是抗震设防设计的重点段落;隧道设置10 cm减震层的减震效果明显优于隧道设置5 cm减震层和15 cm减震层的减震效果,推荐布设厚度为10 cm的减震层。研究成果对提高高烈度艰险山区穿越黏滑断层隧道的抗震性能提供了技术支撑。     

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。     

强震区山岭隧道围岩全环间隔注浆预加固的方案研究

依托雅安至泸沽高速公路高烈度地震区山岭隧道工程,对隧道围岩全环间隔注浆预加固方案进行动力响应分析,提出隧道结构抗震性能的评价方法,即采用相邻质点之间相同时刻的最大相对位移指标;解释隧道上部结构各质点不同步变形引起的隧道拱顶出现坍塌和隧道边墙脚破坏主要是由于应力集中引起的原因;提出了隧道不同地段宜采取不同的全环间隔注浆预加固方案。该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。     

隧道减震层聚丙烯泡沫混凝土力学性能分析

隧道减震层为提升高烈度地震区隧道抗震性能的重要措施,减震层的材料性能是影响隧道减震效果重要因素。为探究一种适合隧道减震层的聚丙烯泡沫混凝土,并对其制备工艺及力学吸能特性进行分析。基于聚丙烯泡沫体积含量指标,采用代石法配制了多种体积含量的聚丙烯泡沫混凝土,通过试验探明了表观密度、抗压强度、弹性模量、泊松比、静动态吸能特性等随聚丙烯泡沫体积含量的变化规律。研究成果表明：(1)当发泡聚丙烯(EPP)体积含量从0增加至28%时,表观密度为2 331～1 451 kg/m³,抗压强度为54.5～11.2 MPa,抗拉强度为3.6～1.6 MPa,弹性模量为34.0～16.0 GPa,泊松比为0.19～0.28,建立了物理力学性能与EPP体积含量关系表达式;(2)随着EPP体积含量的增加,混凝土静态吸能呈现先增大再减小后增大的趋势,当EPP体积含量为11%时,静态吸能效果最好;(3)随着EPP体积含量的增加,混凝土动态吸能呈现逐渐增大的趋势,当EPP体积含量为28%时,动态冲击吸能效果最好。研究成果可为聚丙烯泡沫混凝土作为减震吸能材料应用提供理论依据。     

埋深和围岩对双连拱隧道地震动力响应影响研究

采用数值模拟技术,结合某高烈度地震区双连拱隧道抗减震技术研究,通过分析埋深及围岩参数的变化对双连拱隧道地震动力响应的影响进行了数值模拟研究,分析总结了相应参数变化对双连拱隧道地震动力响应的影响规律,同时对地震动力作用下双连拱隧道断面位移和内力的变化规律进行分析研究,找出了地震动力作用下双连拱隧道的变形和受力薄弱部位.     

某中学教学楼隔震设计分析

本文在对云南晋宁市的某一中学教学楼的上部结构设计时在基顶处设置了橡胶隔震支座,通过计算分析确定结构的减震系数及设防烈度,并对隔震结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行了分析,结果表明在高烈度地区对于多层混凝土框架结构采用基础隔震技术减震效果良好,可以明显的减小结构的水平向地震作用,从而达到提高结构安全性的目的。最后提出了对隔震层的设计要求。     

EPS颗粒-黄土混合土减震层对黄土地区隧道衬砌结构的减震作用

为了分析聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）颗粒-黄土混合土减震层在不同条件下对隧道衬砌结构减震效果的影响,采用通用有限元软件ANSYS建立了在隧道支护体系内设置减震层的数值模型,分析了EPS颗粒掺入比、减震层厚度及地震动强度对隧道衬砌结构动力响应规律的影响。结果表明:设置减震层可以减小传递至隧道衬砌结构的地震能量,从而使得隧道衬砌结构各关键点正应力、剪应力、最大主应力、位移及加速度峰值均有所减小,且一定范围内随着EPS颗粒掺入比的增大,减震效果逐渐明显;减震层的厚度控制在30～50 cm区间内时减震效果最佳;减震层在强震作用下的减震效果更好,该混合土减震层更适合高烈度地震区的抗减震;所得结论可为今后在土体环境尤其是黄土地区开挖的隧道衬砌结构抗减震工程建设提供一定参考。     

Mechanical properties and associated seismic isolation effects of foamed concrete layer in rock tunnel

Foamed concrete has a good energy absorption capability and can be used as seismic isolation material for tunnels. This study aims to investigate the mechanical properties and associated seismic isolation effects of foamed concrete layer in rock tunnel. For this, a series of uniaxial/triaxial compression tests was conducted to understand the effects of concrete density, confining stress and strain rate on the mechanical properties of foamed concrete. The direct shear tests were also performed to investigate the effects of concrete density and normal stress on the nonlinear behaviors of foamed concrete layer-lining interface. The test results showed that the mechanical properties of foamed concrete are significantly influenced by the concrete density. The foamed concrete also has high volumetric compressibility and strain-rate dependence. The peak stress, residual stress, shear stiffness and residual friction coefficient of the foamed concrete layer-lining interface are influenced by the foamed concrete density and normal stress applied. Then, a crushable foam constitutive model was constructed using ABAQUS software and a composite exponential model was also established to study the relationship between shear stress and shear displacement of the interface, in which their parameters were fitted based on the experimental results. Finally, a parametric analysis using the finite element method (FEM) was conducted to understand the influence of foamed concrete layer properties on the seismic isolation effect, including the density and thickness of the layer as well as the shear stiffness and residual friction coefficient of the interface. It was revealed that lower density and greater thickness in addition to smaller shear stiffness or residual friction coefficient of the foamed concrete layer could yield better seismic isolation effect, and the influences of the first two tend to be more significant.     

Dynamic centrifuge tests on isolation mechanism of tunnels subjected to seismic shaking

Isolation layer is one of the countermeasures to enhance seismic safety of tunnels. Its behavior under earthquake is affected by many factors such as shape of the tunnel, stiffness of the isolation layer and the characteristics of the input motion. However, current knowledge on the effects of these parameters on the seismic behavior of isolation layer is limited to lack of experimental data. This paper focuses on the mechanism of isolation layer, especially the efficacy of input motion frequencies on the seismic behavior of a square tunnel with isolation layer around its outer surface. Dynamic centrifuge tests were carried out on model tunnels which took isolation layer as seismic countermeasure using input motion of sinusoidal waves of different frequencies. Actual records of ground motions, magnified to approximate 15 g peak acceleration, formed the basis of the excitations to verify the actual efficacy. Due to the difference between model material (aluminum alloy) and prototype material (concrete), the similar flexural deformation law and the similar axial deformation law could not be satisfied simultaneously. Given the fact that cross-sectional moments were one of the main factors that influenced the safety of tunnels under dynamic loadings, the similar flexural deformation law was accepted in model preparation. The results show that the bending strains of tunnel with isolation layer around its outer surface are lower than those of tunnel without isolation layer, which indicates that isolation layer has positive effect on moment reduction, especially at corners. Increasing of the input motion frequency decreases the dynamic cross-sectional bending moments. In addition, isolation layer has little influence on frequency contents of acceleration response of tunnel. This study has clarified the mechanism of isolation layer on shock absorption, which is proved to be an effective method to improve the safety of tunnel against earthquake.     

高烈度地震区建筑隔震方法设计与分析

基于高烈度地震区建筑隔震方法设计与分析,以某一钢筋混凝土框架结构为例,通过有限元分析软件ETABS对采用橡胶支座的减隔震技术进行动力分析,并对时程分析结果进行比较,结果表明:与抗震框架结构相比,底层隔震框架结构的周期延长,层剪力、位移、底层轴力均变小,从理论上验证采用隔震支座能有效地减小地震荷载对结构的不利影响,提高结构的安全性。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

考虑轴力转移的并联基础隔震结构地震反应分析

 在地震作用下,并联基础隔震结构的隔震层随着水平位移的增加,由于两类支座竖向刚度不同,将在两类支座间出现轴力相互转移,隔震层的力与水平位移的关系呈现很强的非线性关系。根据该种隔震结构不同类型支座间轴力在地震过程中相互转移的特点,给出并联基础隔震体系考虑轴力相互转移的隔震层恢复力模型,提出一种基于SIMULINK环境下对并联基础隔震体系考虑支座轴力相互转移进行仿真计算分析的新方法。工程实例计算结果表明,考虑支座承受的竖向荷载变化时,隔震层最大水平位移比不考虑支座竖向承载力变化时有所下降,支座竖向承载力变化所引起的附加摩擦力已经成为一个不能忽视的因素。     

基于非线性纤维梁柱单元的钢管混凝土框架动力时程分析

目前,用于钢管混凝土框架结构动力时程分析的计算理论模型主要有:纤维模型和三维有限元模型,三维有限元模型计算量大,且数值计算收敛困难,在钢管混凝土结构动力时程分析中的应用受到一定限制.为了研究钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能,本文在构件层次上运用OpenSees计算平台中的非线性纤维梁-柱单元对钢管混凝土框架结构...     

叠层橡胶基础隔震结构的地震动力反应分析

基础隔震是新近发展起来且正在不断完善的一种技术。以一幢12层框架-剪力墙结构作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS对底部两层框架结构进行非线性动力时程分析,探讨采用叠层橡胶基础隔震技术后的减震效果及其地震反应的特点。通过计算分析比较,可以看出建筑物采用橡胶垫隔震支座后隔震效果显著,大大的减轻了结构的水平地震作用。而且隔震结构的基底剪力、层间位移、各层加速度都远远小于不隔震结构。     

隔震结构特性测试新方法

隔震作为一条崭新的抗震新途径,在我国得到了越来越多的研究和应用,但是在事先检验隔震层构造、检验隔震效果方面还缺乏有效的手段。本文提出了一个新的检验方法—推力释放法,即在隔震层上下结构间设置几组牛腿,以大吨位千斤顶将上部结构推开后释放,由此测出大位移情况下隔震结构的动态特性,同时也检验了隔震层构造。本法为隔震结构特性测试开辟了新的途径。     

组合隔震技术在高烈度区复杂高层结构中的应用研究

为探讨近断层的复杂高层建筑结构的隔震设计要点,结合某高层医院建筑结构设计实例,研究9度设防强地震输入、体型特别不规则和高预期抗震性能目标条件下采用隔震技术的适应性及对应措施,提出发挥不同隔震器件和减震装置性能特点的组合隔震技术方法。结果表明,组合隔震可减小隔震橡胶支座面压和水平变形,减少塔楼偏置引起的结构扭转效应、竖向高位收进引起的高振型效应,结构构件损伤程度和范围大幅降低,屈服耗能机制更为合理,有效提升了建筑结构的抗震能力。分析比较近场速度脉冲型地震波与考虑1.5近场增大系数的常规地震波作用下复杂高层隔震结构的地震响应差别,结果表明,在速度脉冲型地震波作用下的隔震层位移、上部结构层间位移角及层剪力均大于考虑1.5近场增大系数的常规地震波,采用1.5近场增大系数不能包络近场地震效应,隔震设计时应慎重考虑。     

一种新型隔震层的构造及其振动台试验研究

介绍一种新型隔震层的构造和工作原理,通过对多种工况下的隔震层试件进行振动台试验,研究隔震层在不同隔震层高度和不同加速度幅值输入时的动力特性,研究隔震层在不同隔震层高度和不同加速度幅值输入时的隔震层相对位移及加速度的减震效果。试验结果表明,该隔震层减震效果明显。当隔震层高度增加或加速度输入幅值加大时,隔震层的减震系数提高。当输入加速度到达一定幅度时,相对位移增加幅度下降,说明该隔震层具有可靠的位移限制能力。