砖石古塔抗震性能评估方法及抗震加固措施研究

为了提高砖石古塔的抗震性能,针对其地震反应特点,研究了砖石古塔的抗震薄弱部位、抗震性能评估方法、评价指标以及抗震加固措施。主要研究结论为:（1）提出了采用极限承载能力与层间位移角2个指标综合评估砖石古塔的抗震性能,并通过工程实例验证了该方法的有效性。（2）提出了对穿锚杆锁定内外钢带围箍和竖向贯穿钢筋为主,聚丙烯酸脂乳液砂浆裂缝注浆为辅的砖石古塔综合抗震加固措施。（3）砖石古塔塔底截面为承载能力抗震薄弱部位,抗拉能力不足是导致塔体破坏的主要原因。（4）地震作用下,砖石古塔随着塔体层数的增加,层间位移角增大,顶层塔体为变形能力薄弱部位。该研究结果可为砖石古塔的抗震性能评估与抗震加固提供参考。     

预应力锚索加固石窟岩体的地震动力响应研究

根据锚索加固石窟岩体的特点,以甘肃安西榆林石窟的三个典型的工程段为例,通过动力有限元的方法对地震荷载作用下预应力锚索加固石窟岩体的位移场、应力场的模拟计算,得出了其动态响应和变化规律。并通过对地震荷载的频谱特性分析,揭示了地震荷载的特征周期对锚索加固石窟围岩的动力响应结果的影响。     

夯土住宅结构性能分析及加固方法

以现存夯土住宅为研究对象,在获得实地调研数据的基础上,建立有限元分析模型。通过静力分析、地震反应谱分析,探讨了夯土住宅的受力变形特点,结果表明檩-墙连接部位、山墙中部以及纵墙顶面部位是结构的薄弱部位。针对上述问题,提出了分别在檩条下设置弧形垫块、山墙外设置扶壁柱和纵墙顶面设置木圈梁的解决方法,并通过分析证明了其合理性,以供此类建筑的加固改造参考。     

柱承式筒仓结构在接连二次地震作用下的动力响应和抗震性能研究

为了研究二次地震作用对关系到国家粮食安全储存的筒仓结构的抗震性能的影响,本文利用ANSYS非线性有限元时程分析程序,对柱承式筒仓结构分别进行一次和接连两次地震作用下的弹塑性时程分析,研究不同强度的二次地震作用对筒仓结构的影响程度,比较分析柱承式筒仓结构在一次和接连两次地震作用下的响应特点和抗震性能。计算分析结果表明:一次地震作用下,柱顶和柱底出现严重薄弱部位,环梁和仓壁损伤较小;二次地震作用后结构刚度明显降低,累积损伤明显增加,抗震能力明显降低。分析结果对筒仓这种特种结构在主余震作用下的抗震性能的系统性、规律性认识具有重要的借鉴意义,可为地震区筒仓结构的抗震设计和一次地震作用下已损伤的筒仓结构是否需要维修加固提供更可靠的科学依据。     

麦积山石窟栈道地震动力响应分析及损伤评估研究

为研究麦积山石窟人行栈道在地震作用下的动力响应,选取154石窟处栈道作为典型结构,利用ABAQUS建立三维实体模型,充分考虑麦积山石窟地震环境条件,基于麦积山石窟窟区地震危险性评价结果,分析石窟栈道在50年超越概率63.5%、10%、2%水准所对应地震作用下的加速度响应、应力和损伤分布情况,进而对栈道结构抗震性能水准进行划分。结果表明,在地震作用下,栈道结构斜梯加速度响应明显大于平台板处加速度响应,平台板随其所处位置高度的增加,加速度响应峰值增大;栈道结构悬臂梁与岩体嵌固的端部混凝土应力数值较大,斜梯梁与悬臂梁相交处钢筋应力较大;随地震作用的增大,栈道结构混凝土拉压损伤出现范围和数值均呈增大趋势,且主要集中在悬臂梁与岩体嵌固端部,呈现出上部受拉、下部受压的典型破坏特征;基于栈道结构材料应力应变和构件损伤程度对其抗震性能水准进行划分,栈道在多遇(PGA=70 gal)、设防(PGA=240 gal)地震作用下,地震损伤评估结果均为轻度损坏,在罕遇(PGA=450 gal)地震作用下,地震损伤评估结果为严重损坏。该研究结果可为麦积山石窟栈道震损评估和加固设计提供科学依据。     

竖向地震荷载下人字批顶结构石窟的稳定性分析

我国部分石窟的空间建造采用了人字批顶形式,体现了中国传统建筑形式与佛教石窟建造形式上的融合.选取莫高窟典型的人字批顶结构的254号石窟作为研究对象,建立了三维的石窟计算模型,考虑了竖向地震荷载作用,通过输入不同地震加速度时程,计算了4种模型情况下石窟岩体的拉应力分布情况.结果表明,石窟的人字批顶处易形成较大拉应力区,易遭受地震破坏;石窟中心塔柱可以有效地提高所在石窟岩体的抗震能力,但对下部窟体的上部岩体会产生应力集中,是窟体防护加固的重点部位.同时,对于洞窟密集而又分上下几层的石窟群,在抗震防护中应充分考虑竖向地震荷载的作用.     

地震作用下新疆喀什高台民居基于变形控制的土遗址边坡加固设计研究

为验证地震作用下格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡的有效性,以新疆喀什高台民居土遗址边坡现有加固段为研究对象,利用有限元软件Midas/GTX NX建立三维动力分析模型,对地震作用下格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡的变形控制进行研究分析。结果表明:地震作用下土遗址边坡在坡顶与坡脚处产生严重的位移变形,且随着地震持时增加呈现累加效果;土遗址边坡加固后能有效控制水平方向与垂直方向的位移变形,最大位移变形值满足控制要求;土遗址边坡加固后地震作用下的稳定性系数提高至1.54,满足规范要求值1.15。研究成果验证了格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡能够有效控制位移变形,并提高稳定性。     

消能减震技术在某公共建筑改造加固中的应用

本文以某公共建筑改造工程为背景,针对改造过程中存在的大量梁、柱承载力不足,且主控参数超限等问题,提出了在框架结构中适当位置增设黏滞阻尼器的加固方案,使改造后的结构形成消能减震体系,减小地震作用。采用有限元软件分析了加固方案下结构在多遇和罕遇地震作用下的时程反应,研究了消能减震效果。结果表明,经加固改造后,各主控参数均可满足现行规范要求,大幅度提高了罕遇地震作用下结构抗震性能;通过合理设置黏滞阻尼器,减小了地震作用,大幅度缩小了梁、柱加固范围。     

地铁车站与隧道连接处地震响应分析

结构截面刚度突变处是地下结构抗震的薄弱部位,为研究地铁车站与隧道连接处的地震响应,本文建立有限差分数值模型,分析地震作用下车站与隧道连接处的薄弱部位、连接处附近的侧墙变形分布特征以及地表沉降分布特征,重点探究埋深、地震动特征以及周围土体刚度对连接处隧道应力的影响。结果表明:连接处端墙底部跨中、端墙洞口的顶部和底部是抗震的薄弱部位;连接处端墙存在对侧墙变形分布、地表沉降分布有一定影响;结构埋深,地震动频谱、幅值对连接处隧道应力响应有较大影响,结构周围土体的刚度在一定范围内对连接处隧道应力有较大影响。     

碹窑民居加固结构抗震性能研究

碹窑作为张家口市特有的建筑,具有独特的结构形式。碹窑窑鼻与外墙为夯土结构,窑脸与窑顶为土坯结构,不同部位之间的构造差异使得碹窑整体性能削弱较大,无法抵御地震灾害。针对碹窑民居的结构缺陷,提出螺栓连接、预应力钢绞线拉接、窑顶钢板条支撑等加固措施,用以提高结构抗震性能。本文采用爆破地震模拟自然地震,分别对加固前后的碹窑进行原位爆破。试验结果表明:未加固的碹窑在地震作用下,土坯窑顶与夯土窑鼻加速度差异较大,二者临界部位为结构薄弱部位;针对碹窑结构体系缺陷提出的加固方法可有效提高其抗震性能;随着爆破位置逐渐靠近碹窑民居,爆破荷载逐渐强烈,加固结构对于土坯窑顶与夯土窑鼻之间的协调作用逐渐减弱。     

冲击载荷下锚杆-围岩结构冲击失效机制的数值分析

针对冲击地压造成大量锚杆支护结构破坏问题,采用动力数值计算方法,研究冲击载荷作用下锚杆-围岩的动力耦合作用与破坏机制。结果表明:(1)冲击载荷作用下锚杆与围岩振动存在明显的"时差效应",导致锚杆与围岩非同步振动,致使锚固剂承受动态剪切作用。随着锚固长度的增加锚杆与围岩的振动呈同步趋势,削弱了振动"时差效应"引起的锚固剂剪切作用,有效避免锚杆的脱粘滑移失效;(2)随着冲击速度的增大,"时差效应"导致锚杆锚固剂承受动态剪切作用被覆盖,锚杆的破坏失效模式由脱粘或杆体屈服断裂转变为锚杆与围岩统一破坏模式;(3)当冲击载荷频率接近锚固围岩体固有频率时,冲击载荷引起锚杆与围岩共振,锚杆与围岩同步振动速度幅值显著增大,可在相对较低的冲击速度下造成锚杆与围岩整体失效。远离锚固围岩体的固有频率对锚杆-围岩动力相互作用影响较小。     

Numerical simulation of attenuation and group velocity of guided ultrasonic wave in grouted rock bolts

In this paper, the guided ultrasonic wave propagating in grouted rock bolts was simulated with finite element method. An 800 mm partially grouted cylindrical rock bolt model was created. Dynamic input signals with frequency from 25 to 100 kHz were used to excite ultrasonic wave. The simulated waveform, group velocity and amplitude ratio matched well with the experimental results. This model made it possible to study the behaviour of the guided waves in the grouted bolt along its central axis. Analysis of the simulated results showed that the group velocity in grouted rock bolts is constant along the grouted length, and the boundary effect on the group velocity is negligible. This paper also presents methods to determine the attenuation coefficient from simulation and to determine the boundary effect on attenuation at the bolt ends. The analysis showed that the attenuation of the guided wave propagating inside the grouted bolts is similar to the theoretical solution in steel bar with infinite length. After correction for the boundary effects the grout length of a grouted rock bolt can be determined using the measured attenuation, with sufficient accuracy.     

A new approach for field instrumentation in grouted rock bolt monitoring using guided ultrasonic waves

A rock bolt installed in the field for ground support has only one short exposed end on the rock surface. This condition has posed challenges in field instrumentation. In this paper, a new approach for field monitoring of grouted rock bolts using guided ultrasonic waves is proposed with the receiving transducer on the grout surface near the exposed end of the bolt. The effects of the receiver location are studied with numerical modeling. A location correction factor is introduced to correlate the amplitude ratio along the bolt and that on the grout surface. Experiments are conducted to verify the modeling results. This research indicates that it is practically possible to receive meaningful signals with the receiver on the grout surface and that with the recorded data the attenuation and wave velocity of guided waves in grouted rock bolts can be determined with reasonable accuracy. The proper receiver location is found to be 27 to 32 mm from the bolt center for the test condition.     

石窟围岩及其附属构筑物地震稳定性评价方法研究

以莫高窟为例探讨了挡墙加固型石窟围岩及其附属构筑物的地震稳定性评价方法 .认为对于大型的石窟群及其附属构筑物 ,其地震稳定性评价宜采用以动力分析方法为主 ,拟静力法为辅的双轨制方法 ,并提出了具体的评价思路和理论分析方法 .     

抗震销的模拟及其对异型板桥抗震性能影响分析

抗震销在上海莘庄立交工程的设计中,由于构造的特殊性,其力学特性难以用常规方法表达。基于位移和多级设防的抗震思想,以莘庄立交工程中的一异型板桥为例,首次以两个包含极端边界条件的结构分析模型考虑抗震销这一特殊构造措施对结构的影响,并按照实际结构构造充分考虑材料非线性及连接构件的非线性等因素,分别以弹塑性纤维梁柱单元、空间滑动支座单元和接触单元模拟桥墩屈服、支座滑动、相邻结构之间碰撞,建立了空间非线性时程反应分析模型,并进行了设计和罕遇地震水平两个概率水准下的地震反应分析和抗震性能评估,并根据分析结果的对比,提出强化抗震销刚度的建议。     

粤赣高速公路K3边坡光纤监测与数值模拟对比分析

本文采用基于FLAC^3D软件的数值模拟方法,对粤赣高速公路K3边坡工程锚杆的应力应变状态进行数值模拟,分析了全长粘结式锚杆的荷载传递机理;根据运用基于自发布里渊背向散射原理（BOTDR）的分布式光纤应变传感技术对锚杆的轴向应变进行的监测数据,分析了工程锚杆的变形特征。数值模拟与实测数据的对比分析表明,模拟曲线与监测曲线反映的工程锚杆的变形特征具有较高的一致性,验证了应用FLAC^3D有限差分软件模拟锚杆。框架体系应力应变特征的合理性,以及基于BOTDR的锚杆应变分布监测的可行性。     

The Frozen Soils and Devastating Characteristics of West Kunlun Mountains Pass Ms 8.1 Earthquake Area in 2001

The investigation on damages to frozen soil sites during the West Kunlun Mountains Pass earthquake with Ms 8.1 in 2001 shows that the frozen soil in the seismic area is composed mainly of moraine, alluvial deposit, diluvial deposit and lacustrine deposit with the depth varying greatly along the earthquake rupture zone. The deformation and rupture of frozen soil sites are mainly in the form of coseismic fracture zones caused by tectonic motion and fissures,liquefaction, seismic subsidence and collapse resulting from ground motion. The earthquake fracture zones on the surface are main brittle deformations, which, under the effect of sinlstral strike-slip movement, are represented by shear fissures, tensional cracks and compressive bulges. The distribution and configuration patterns of deformation and rupture such as fissures, liquefaction, seismic subsidence and landslides are all related to the ambient rock and soil conditions of the earthquake area. The distribution of earthquake damage is characterized by large-scale rupture zones, rapid intensity attenuation along the Qinghai-Xizang (Tibet) Highway, where buildings distribute and predominant effect of rock and soil conditions.     

门源M6.9地震诱发地质灾害特征研究

2022年1月8日发生的门源M6.9地震诱发了崩塌、滑坡、砂土液化、地裂缝等多种同震地质灾害。通过对门源M6.9地震地质灾害进行现场调查,得出了地质灾害的分布特征和各类型地质灾害的主要特点,分析了地震地质灾害不发育的原因,并对地震地质灾害的长期效应进行了分析预测。研究结果表明：门源地震诱发地质灾害主要分布在震中附近;崩塌、落石总体规模较小,滑坡多为岩质滑坡,且以冰碛物和表层岩土体的溜滑为主。受表层土体冻结和孔隙水压力消散的影响,饱和砂土液化沿较窄的地裂缝呈串珠状分布,喷出物多为粉细砂。地震形成了4条左旋左阶斜列的地表破裂带,并在极震区内形成了大量的地裂缝。断层破碎带对地震动的阻隔作用、覆盖层薄、地表土冻结可能是造成本次地震地质灾害总体不发育的主要原因;地震产生的大量地裂缝导致斜坡和堆积体的稳定性减弱,在耦合集中降雨、冻融作用等因素后可能诱发滑坡灾害,松散堆积于沟床处的崩滑物作为物源,可能会增加地震影响区泥石流灾害的风险。     

新型摩擦“塑性铰”构造的抗震性能研究

提出了一种安全性高、成本低的新型摩擦"塑性铰"构造的概念和几何设计,以实现精准耗能和大震可修的延性设计抗震目标。以钢结构梁柱延性节点的设计理论为基础,推导了该构造的力学性能理论和工作机制,并应用于钢框架结构进行了静力弹塑性分析。通过ABAQUS有限元软件建立了5个工况的数值分析模型,进行了有限元模型的循环往复位移荷载分析,探究了新型摩擦"塑性铰"构造的抗震性能。结果表明:该构造模型仅发生了抗剪螺栓的剪切破坏,可实现其精准耗能和结构的快速修复;具有较好的转动性能,满足层间位移角要求;摩擦耗能随着旋转加载螺栓预应力和摩擦系数的增大而增大,其滞回曲线较饱满,延性系数较大,具有较好的抗震性能;理论分析和有限元分析的承载力基本吻合,分别为15.92 kN、15.84 kN;抗剪螺栓的剪切和纯摩擦耗能两阶段的等效粘滞阻尼系数分别为0.318、0.671,纯摩擦耗能阶段的耗能能力较好。在钢框架中摩擦"塑性铰"的形成与发展符合抗震性能要求,Pushover分析可作为结构抗震性能评估的有效方式。     

A numerical study of the behavior of fully grouted rockbolts under dynamic loading

The widespread preference for rockbolts in providing adequate rock stability in underground mines and man-made cavities make it necessary to obtain a better understanding of the response of these support systems. It is widely accepted that the fully grouted rockbolts provide better roof stability in areas of very poor roof condition which may be caused by high ground stress conditions. There is little information about the in situ behavior of these systems especially under dynamic loading. Hence, to study the behavior of fully grouted rockbolts under dynamic loading, a numerical modeling study was conducted using the FLAC^3D code. In this study the behavior of three types of fully grouted rockbolts were compared with each other including rockbolts with and without head plate and a yielding type one. The results of analyses indicated that under dynamic loading the fully grouted rockbolts without the head plate are incapable of controlling the rock mass movement. Although fully grouted rockbolts with head plate damp a considerable amount of the dynamic energy through friction as these bolts slide within the grout, but the elongation of the rockbolt is not possible due to the rapid breakage of the rockbolt–grout interface. Yielding rockbolts are the best choice for the absorption of the dynamic stress wave and controlling of the rock mass movement. The obtained results show that the optimal design of yielding rockbolt should be in such a way that after dynamic loading, anchoring part of bolt has a limited movement to prevent stress concentration in the shaft of rockbolt and its breakage.