地震与海啸作用下重力式岸墙旋转位移拟静力分析

被动状态下位移预测是挡墙地震工程设计中的关键,而岸墙后回填土的孔隙水压力对墙体运动具有一定影响。采用拟静力法计算墙后部分浸水土体的被动动土压力,根据静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力;同时考虑地震荷载和海啸力的作用,根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数,采用旋转块体方法计算岸墙被动旋转运动下的地震位移。探讨回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、地震加速度系数、回填土地下水位、海啸波浪高度等参数对旋转位移的影响。     

土质场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究

汶川震区路基挡土墙震害表明,地震动荷载作用下重力式挡墙的位移、破坏与基础场地形式有关,除岩质场地和土质场地挡墙所共有的外倾形式,土质地基挡土墙还表现有整体推移及下部向外推移的倾转变形等复杂模式,因此地震土压力大小及分布也将受到这种复杂土-结相互作用的影响。基于碎石土及风化花岗岩填料的土质场地重力式挡土墙大型振动台模型实验,对挡土墙地震土压力及变形模式开展了对比研究,发现在强震作用下,土质地基挡墙因基础约束较弱而产生位移,并伴随明显的墙—土分离现象,致使实测地震土压力较之抗震设计规范计算值偏小（0.4g峰值加速度下约小6%～15%）,但作用点高度变化不大。由实验结果与现行抗震规范计算值的安全系数对比,认为对土质场地挡墙的地震土压力计算,按现行国内抗震设计规范基本能满足实际工程抗震设计需要;对于地震区挡墙设计,在允许挡墙发生少量容许位移的前提下可采用内摩擦角较大、自稳能力更好的墙背填料以减少地震土压力。     

岩石场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究

结合汶川震区调查资料,利用大型振动台模型试验,分析了碎石土填料的岩石场地重力式挡土墙的地震土压力及其分布规律,并以此对我国现行铁路、公路抗震规范做合理性讨论和细化。研究发现,地震作用下,挡土墙的动土压力沿墙高呈单峰曲线状分布,且60%～80%集中作用于挡墙中部;随着地震峰值加速度的增加,地震土压力分布逐渐偏离现行振震设计规范所认为的三角形线性状,而呈现非线性状;合力作用点高于1/3墙高,0.4g地震加速度作用下,接近0.4倍墙高,对岩石场地下粗粒径墙背填料的地震土压力作用点高度,建议取0.35倍墙高。对比计算表明,现行规范能基本满足工程抗震设计需要,但建议对柔性挡土墙的抗震设计作出必要规定。     

考虑填土侧向变形的地震土压力计算方法

地震土压力评价是挡土墙抗震设计的关键问题之一.以往的研究结果表明,挡墙上地震土压力的大小及分布与墙体的侧向位移或者墙后填土的侧向变形密切相关.经典的物部-冈部地震土压力公式可计算填土处于主动与被动状态的极限平衡条件下的土压力,未考虑挡墙侧向位移或填土侧向变形对土压力的影响.在研究土压力系数随应变增量比变化规律的基础上,本文指出土压力系数与挡土墙位移量之间不存在唯一性关系,发现正常固结填土的土压力系数与以应变增量比表述的填土侧向应变约束条件之间具有良好的唯一性,揭示了压剪耦合效应是土压力形成的物理本质;基于上述的唯一性关系和中间土楔等概念,提出了可考虑填土侧向变形的地震土压力实用计算方法,并通过土压力模型试验结果初步验证了该方法的合理性.     

地震作用下二级悬臂式挡土墙土压力计算的探讨

二级悬臂式挡墙由2个单级悬臂式挡墙呈上下砌垛方式组成。该结构不仅具有单级挡墙型式简单、占地少、对地基承载力要求不高、经济指标好和施工方便等一系列的特点,而且弥补了单级挡墙限制高度的缺点,同时具有重力式挡墙的一些优点,在工程中逐步得到了应用。以库伦土压力理论为基础结合物部-冈部法分别计算了峰值加速度为0.2g、0.3g和0.4g时,二级悬臂式挡墙在分级墙背理论和整体墙背理论下,上墙和下墙的地震主动土压力,并与同高度的单级悬臂式挡墙地震土压力进行了比较。结果表明:二级悬臂式挡墙受力更优,是1种较优的抗震支挡结构,分析结果可为二级悬臂式挡土墙的抗震设计提供参考。     

高烈度区重力式挡墙基于性能的抗震设计方法研究

介绍基于性能抗震设计的核心理念,以支挡结构震害调查分析为背景,阐述开展高烈度区重力式挡墙基于性能抗震设计研究的必要性;构建重力式挡墙基于性能的抗震设计框架,归类分析现行规范与基于性能抗震设计的关键技术问题;依据支挡结构震害调查及大型振动台模型试验,提出位移指数可作为衡量挡墙抗震性能的量化指标,确定重力式挡墙基于性能抗震设计的性能准则及流程;经对比计算基于性能与规范抗震设计的挡墙算例,显示基于性能抗震设计的优越性,为高烈度区重力式挡墙基于性能抗震设计的工程应用提出建议。     

地基条件对仰斜式挡墙地震响应影响及墙高限值研究

地基条件和墙高是影响挡土墙地震响应特征的重要因素。建立不同地基条件的仰斜式挡土墙有限元时程分析模型,以墙身外倾最大危险状态为最不利时刻,研究地基条件和墙高对挡墙动力响应及墙-土相互作用的影响特征,并以满足力学检算和墙身位移限值为出发点,提出同时考虑地基条件和地震峰值加速度PGA的仰斜式挡墙墙高控制建议。结果表明：岩质地基挡墙墙背动土压力沿墙高呈中部大、上下小的凸形分布,大震下土压力较中震时有小幅减小;基底反力呈墙踵为0、墙趾集中的三角形图式,且随PGA和墙高的增加踵部脱空趋势更为明显;土质地基挡墙因墙底地基土变形对墙后填土的牵连作用,填土跟随墙身运动的趋势加剧,墙背动土压力与PGA呈正相关并沿墙高近似呈线性分布,于墙底处最大;墙身往复摆动使踵趾端地基土体塑性变形较基底中部明显,基底反力峰值向中部转移;根据最不利时刻稳定性、承载力检算,考虑对墙身位移合理限制,提出地震区仰斜式挡墙的允许墙高在设防PGA不超过0.2g时为8 m, 0.4g大震下硬质岩地基挡墙可达8 m,软质岩地基挡墙不宜超过6 m,碎石土、砂质黏土地基挡墙不宜超过4 m。     

刚性挡土墙后轻量土主动土压力特性模型试验研究

为了研究轻量土的主动土压力特性,通过开展大比尺刚性挡土墙模型试验,采用人工控制挡土墙位移的方式,分析轻量土作为墙后填土时的主动土压力分布规律。结果表明：轻量土的侧向土压力随着挡墙位移量的增加先降低后逐渐趋于稳定,侧向土压力在挡墙位移量为3 mm时初步达到稳定状态,对比发现轻量土的主动土压力显著小于重塑黄土,这表明轻量土可以有效降低墙背主动土压力。轻量土的主动土压力系数处于0～0.16之间,沿着挡墙分布较为稳定,而重塑黄土主动土压力系数介于0～0.57之间,显著大于轻量土的主动土压力系数。经朗肯理论值与模型试验值对比分析,发现轻量土的朗肯主动土压力小于试验值,理论值与试验值之间的绝对误差处于0～6.32 kPa之间,其在实际工程中可以忽略不计。鉴于模型试验中墙背与填土之间存在一定的摩擦,朗肯理论在计算轻量土的主动土压力时仍较为准确。通过模型试验研究和传统理论分析,揭示了轻量土的主动土压力特性,对于完善轻量土土压力理论具有重要意义。     

特征参数对性态谱影响规律的研究

性能化抗震是工程抗震研究的重要方向。根据位移性能水准,计算不同周期结构达到性能水准时所需输入的最大地震动加速度值,建立性态谱;基于性态谱,研究自振周期、恢复力模型和第二刚度折减系数等特征参数对性态谱的影响。研究表明:性态谱表征了周期、性能水准和地震需求的三维谱关系,可预测达到不同性能水准时结构的地震需求;结构自振周期和第二刚度折减系数在短周期段对性态谱有显著影响,随结构自振周期的增大,谱值差别减小;双线型恢复力模型是否退化影响达到相同变形目标时的地震需求,退化模型性态谱谱值小于非退化模型。     

能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的应用研究

位移延性是桥梁抗震性能的重要指标之一,以Pushover分析为基础的能力谱方法能够考察结构在地震下的弹塑性位移响应,是抗震性能评估的一种有效手段.文中阐述了能力谱法的基本原理,说明了基于弹塑性反应谱的能力谱方法在求解性能点时不需要进行迭代计算;基于弹性设计反应谱建立了相对应的弹塑性反应谱,结合某实桥,将能力谱方法和增量动力分析方法进行了对比,并根据不同的地震基本烈度和场地土类型进行了抗震性能评估.分析认为,能力谱方法计算简便,对结构1阶振型的地震响应占主导时,具有较好的精度,并能够基于设计反应谱来考察结构的弹塑性抗震性能,可用于桥梁抗震性能的评估.     

混凝土小型空心砌块墙片伪静力试验研究

由于强度、环保、施工方便等多方面的优势,混凝土空心砌块成为粘土砖的最理想的替代材料。不过砌块建筑经历的震害很少,抗震研究的成果也少。针对多层砌块建筑的抗震设计需求,模拟不同楼层压力,对15片1.4m×1.2m的空心混凝土砌块墙片进行了伪静力试验,得到了往复力-位移曲线,可供砌块结构抗震设计参考。     

基于性态的砌块砌体结构极限性态目标位移确定方法的研究

对砌块砌体结构进行Push—over分析，其结果准确与否和结构的极限性态目标位移的可靠确定关系很大。本文基于大量的配筋砌块砌体墙片试验结果，对直接基于位移的抗震设计法进行改进，使之能够用于砌块砌体结构的极限性态目标位移的确定。用改进的方法求解一座1／4比例的10层砌块砌体模型结构的极限性态目标位移，并与该模型结构的振动台试验结果进行比较。结果说明本文提出的改进方法是可以应用于求解砌块砌体结构的极限性态目标位移的。     

钢板阻尼墙基于Bouc-Wen模型的模拟和工程应用研究

钢板阻尼墙抗震性能好,设计自由度大,在工程中使用越来越多。为了更高精度地模拟钢板阻尼墙的力学性能,提出基于Bouc-Wen模型的模拟分析方法。给出一种基于Bouc-Wen模型钢板阻尼墙参数辨识方法,根据试验数据和仿真结果的验证对比,文中提出的模拟方法可以较好地反映钢板阻尼墙的的力学性能曲线。该模拟方法可得到较好的仿真效果,对实际工程设计分析钢板阻尼墙对结构的抗震性能影响有高精度、数据化的帮助,可为进一步工程应用和设计分析提供参考。     

超强地震作用下深厚覆盖层场地重力坝抗震安全研究

本文通过成层状地基地震动输入计算方法得到覆盖层边界自由场运动,采用粘弹性边界,考虑地基辐射阻尼效应及坝体和地基的接触非线性,针对强震区深厚覆盖层场地重力坝开展线性和非线性动力时程分析研究,结合需求能力比DCR评估其抗震性能。由线弹性动力时程分析可知,在运行基准地震OBE作用下,重力坝坝体应力均在允许范围内,其抗滑稳定安全系数不能满足要求;由非线性动力分析可知,在OBE和最大设计地震MDE作用下,重力坝发生较大滑动位移。通过在重力坝坝体下游坝后回填土加强重力坝抗震稳定性,结果表明,下游坝后回填土可有效减小坝体滑动位移,加强其抗震稳定性。本文针对深厚覆盖层场地重力坝开展的抗震安全研究为抗震设计提供了科学依据,为强震区深厚覆盖层场地重力坝的抗震分析提供参考。     

基于位移的模块式加筋土挡墙抗震设计方法研究

性态设计是支挡结构工程抗震设计的前沿科学问题。以模块式加筋土挡墙为试验对象,通过振动台试验,探究模块式加筋土挡墙的变形模式;收集归纳挡土墙位移计算方法,分析不同破坏模式下屈服加速度系数分布规律;对比不同计算方法计算值与实测值的一致性。研究结果表明：挡墙的位移模式为平移与转动耦合,且以转动为主;不同破坏模式下安全系数法求解的屈服加速度系数均随输入加速度幅值增大而减小,简便方法和能量法所得屈服加速度系数为常数;将屈服加速度系数代入不同位移计算方法对比,提出在不同峰值加速度时,可分别采用Richards and Elms上限法(0.4g以下)、Cai and Bathurst平均上限法(0.4g～0.6g)、Newmark上限法(0.6g～0.8g)、Whitman and Liao平均拟合法(0.8g～1.0g)进行位移计算。最后,对模块式加筋土挡墙的抗震设计流程进行归纳。     

钢筋混凝土耗能墙抗震性能试验研究及结构地震响应分析

为研究钢筋混凝土耗能墙的抗震性能及其对底层柔性建筑的减震效果,设计了3片耗能墙,设计参数为截面尺寸、墙的排列方式和配筋形式。通过低周往复加载试验对3个试件的破坏特征、滞回耗能、位移延性等抗震性能指标进行了研究。选取7条近场地震波和8条远场地震波,并采用SAP2000有限元软件对设置耗能墙的底层柔性结构进行地震响应分析。结果表明:3片耗能墙均具有较好的抗震性能,在墙身设置竖向通缝可以提高耗能墙的变形能力和耗能能力;内置钢板后可明显改善耗能墙的抗震耗能效果;在近、远场地震作用下,增设耗能墙后首层层间位移角平均值分别减少21.7%、17.6%,层间剪力平均值分别减少16.3%、18.1%,表明耗能墙可以提高结构的抗震能力,明显减轻主体框架的滞回耗能,减少结构地震响应。     

新型钢节点木构架-生土墙结构抗震性能拟静力试验研究

针对我国村镇地区仍广泛存在生土结构房屋,且其结构整体性及抗震性能较差的现状,提出一种可有效提高其抗震性能、具有施工便捷性和装配属性的新型钢节点木构架-生土墙结构形式。进行了新型钢节点木构架-生土墙与农房中常见的素生土墙、上土坯下砖砌体混砌墙、传统榫接木构架-生土墙的拟静力对比试验,比较了4个墙体试件的破坏形态、滞回曲线和骨架曲线特征,以及延性系数、耗能能力、极限层间位移角等抗震性能指标。研究表明:素生土墙和上土坯下砖砌体混砌墙抗震性能较差,木构架的约束作用可有效提升生土墙的抗剪承载力和延性,新型钢节点连接的木构架-生土墙抗震性能优于榫接形式,具备一定的推广应用价值。     

混凝土小砌块约束砌体结构的抗震性能——基于层间位移的分析

混凝土小砌块约束砌体结构,由于加入芯柱、构造柱、圈梁,使结构整体性提高,因此具有较好的抗震性能和发展前景。通过整理94个混凝土小砌块约束砌体墙片试验数据,考虑权重,统计了混凝土小砌块约束砌体墙片延性系数,给出了延性系数与高度、延性系数比与高宽的关系,同时给出了层间开裂位移角、层间极限位移角公式,以及接近倒塌时混凝土小砌块约束砌体结构层间位移的计算公式,并与一个八层混凝土小砌块约束砌体结构的动力时程分析结果进行了对比,结果显示,最大误差在顶层,为17.7%,因此,所提层间位移计算公式是可以满足工程精度需要的,为混凝土小砌块约束砌体结构基于性态的抗震分析提供参考。     

遮帘式板桩码头地基地震液化破坏机理

遮帘式板桩码头作为一种新型的板桩结构型式,其抗震性能研究是设计建造过程中的重要环节。在FEM-FDM水土耦合计算的平台上引入循环弹塑性本构模型,借助FORTRAN编程软件形成饱和砂土动力液化分析的数值方法,可有效模拟饱和砂土在地震动力作用下的非线性及大变形特性,同时也可模拟砂土液化流动对遮帘桩和前墙的动土压力。研究表明:地震作用下可液化土层超孔隙水压力比增长并发生较大的水平流动变形,对前墙的水平破坏大于竖向破坏;前墙剪力最大值位于海床与前墙交界处;遮帘桩剪力最大值位移与前墙底平行的位置;后拉杆拉力逐渐变大,前拉杆拉力逐渐变小。通过对板桩码头地震液化灾害的分析,可为抗震和抗液化设计提供参考依据。     

考虑场地类别与设计分组的延性需求谱和弹塑性位移反应谱

非线性反应谱是基于性能的抗震设计理论中亟待解决的基础性课题之一。本文将四种场地类别上的641条地震记录,按我国现行抗震规范设计分组的要求分为12组,对大量具有不同屈服强度系数的单自由度体系作了弹塑性时程分析。研究了结构强度水平、周期、场地类别以及设计分组等因素对延性需求的影响。结果表明,在给定屈服强度水平下结构的延性需求强烈地依赖于场地条件、设计分组等因素。对于短周期结构,延性需求随场地土变软而增大,同类场地随设计分组特征周期增大而增大。通过非线性回归分析,建立了与场地类别、设计分组相对应的延性需求谱μ-ξy-T的计算公式。在此公式的基础上,结合现阶段抗震设计规范构建了弹塑性位移反应谱,可用于结构弹塑性位移需求的简化计算,同时讨论了弹塑性位移反应谱的基本特点。