某海底沉管隧道风塔及下部结构抗震性能分析

为研究某海底隧道风塔及下部结构体系在塑性阶段的损伤破坏形态及特点,探讨在多重荷载作用下弹塑性静动力响应对结构的影响,建立了沉管隧道风塔及下部结构的大型三维有限元模型。采用基于能量原理的混凝土塑性及损伤本构模型,借助大型有限元软件ANSYS及ABAQUS分别对结构进行不同地震条件下的动力时程分析,对比分析振型、层间位移角及较为完整的塑性损伤破坏系数曲线。结果表明:不同设防地震下,结构整体性良好,振型及层间位移角满足规范要求;不同罕遇地震下,该结构的混凝土塑性拉压损伤最大时刻均发生在20 s,主要破坏区域在风塔与人防井及下部立柱的接触位置,且拉伸破坏系数明显高于压缩破坏。本文的研究成果可以为类似近海沉管隧道工程抗震设计提供一定的依据与指导。     

地震SV波斜入射下沉管隧道的地震响应分析

在ABAQUS黏弹性人工边界时域波动方法的基础上,首先运用等效应力输入方法实现地震SV波倾斜入射,半空间算例验证该方法具有较好的计算精度,进而基于所建立的斜入射方法研究地震波斜入射对海河沉管隧道地震响应的影响。计算结果表明:SV波斜入射情况下,沉管隧道的地震响应规律与垂直入射时具有明显差异;随入射角增加,沉管隧道结构应力增大,应力较大点出现在沉管隧道的四个角点及隔墙与底板、顶板的连接处,其中中隔墙为最薄弱点;随入射角增加,侧墙和隔墙的相对最大水平位移增大,其中中隔墙位移最大;随入射角增加,沉管隧道结构竖向加速度峰值明显增大。因此在沉管隧道结构抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

P波斜入射角对沉管隧道地震响应的影响

为了研究P波斜入射对沉管隧道地震响应的影响,以港珠澳大桥沉管隧道为工程背景,考虑上覆海水与海床、沉管隧道之间耦合作用,采用粘弹性边界和等效力的地震荷载输入方式,利用ADINA软件建立三维有限元模型进行地震响应分析。分析入射角为0°、20°、40°、50°、60°时P波对沉管隧道环向应力峰值（正应力峰值、剪应力峰值）和位移峰值的影响,结果表明:入射角为40°时,沉管隧道应力峰值最大;入射角为0°—40°时,隧道的应力峰值逐渐增大,入射角为40°—60°时,隧道的应力峰值逐渐减小;隧道截面4个转角处及隔墙与顶板、底板的连接处为隧道剪应力峰值最大处;隧道截面左侧剪应力峰值远大于右侧;隧道顶板正应力峰值最大,顶板的正应力峰值大约为底板的2倍;隧道截面左侧位移峰值远大于隧道截面右侧。     

沉管隧道穿越纵向非均匀场地振动台试验研究

为了研究穿越纵向非均匀场地的沉管隧道地震反应规律,进行了沉管隧道穿越砂土-黏土场地和均匀砂土场地两种工况的振动台试验。沉管隧道模型材料主要为微粒混凝土和镀锌钢丝,接头材料为橡胶,模型缩尺比为1/30,采用层叠剪切箱装填黏土和砂土构成纵向非均匀场地,输入荷载为不同峰值的El Centro波和Kobe波。采集土层和隧道不同观测点处的加速度和应变等数据并进行分析,研究在不同性质土层中的沉管隧道地震反应的特点,分析纵向非均匀场地对于沉管隧道地震反应的影响。试验结果表明砂土和黏土不同的动力特性会导致沉管隧道地震反应各异:穿越非均匀场地沉管隧道加速度反应、应变反应和管节间相对位移反应明显异于均匀场地沉管隧道,且在输入不同峰值的地震波下呈现不同规律。试验结果可供沉管隧道抗震设计参考。     

超大型冷却塔随机地震响应分析

为全面掌握核电超大型冷却塔的抗震性能,首先进行结构的模态分析,然后采用振型分解反应谱法和弹性时程分析方法,计算结构在多遇地震作用下的响应,并对结构进行考虑材料和几何非线性的动力弹塑性时程分析,得到结构在罕遇地震作用下的响应。由于超大塔支柱跨度达到170m,还首次对结构进行了考虑行波效应的多点激励分析。结果表明:结构前8阶振型以局部振动为主,直到第9阶出现整体倾覆振型。在多遇地震作用下,支柱的最大位移和基底剪力均满足规范要求,且水平地震反应远大于竖向地震反应。在罕遇地震作用下,支撑结构位移角远小于规范限值,出现的塑性铰数量较少,且主要分布在支柱与壳体的连接处。多点输入对支柱内力影响较为不利,而对支柱位移和塔筒内力影响较小,塑性铰出现的数量稍多且破坏程度更加严重。     

城市轨道交通大型地下空间结构抗震性能分析

以某城市轨道交通大型地下空间结构工程为背景,研究和分析大型地下空间结构在设防地震和罕遇地震作用下的结构抗震性能。利用MIDAS/GTS大型有限元程序建立三维动力模型,采用时程分析法,获得了结构的变形和内力响应,分析了结构的层间位移差、层间位移角和结构静动力力学特性。基于场地条件下的大型地下空间结构,在设防地震下顶底板处层间位移差最大值为12.00mm,位移角最大值为1/20831/550;在罕遇地震下顶底板处层间位移差最大值为21.82mm,位移角最大值为1/11451/250,总体上满足结构变形要求。研究结果表明:对于大型地下空间结构,在进行结构设计时,除了静力计算工况,应综合考虑抗震工况,开展三维动力时程分析,以便全面掌握其抗震性能;在地震作用下,结构顶板、侧墙和底板等某些部位的内力值较静力计算工况大;大型地下空间主体结构开口处为薄弱环节,应在设计中进行相关加固措施考虑。     

地震作用下海底沉管隧道的动力响应分析

基于黏弹性人工边界理论,将地震动的输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波垂直入射作用下,海水深度、沉管隧道的埋置深度和海床土的弹性模量对沉管隧道结构地震反应的影响。结果表明:地震P波垂直入射作用下,海水深度和埋置深度对沉管隧道结构水平向与竖向的动力响应影响明显,而海床土弹性模量则影响不大。本文的分析结果可以对沉管隧道结构抗震设计方面提供参考依据。     

港珠澳跨海工程沉管隧道三维地震反应分析

以港珠澳大桥沉管隧道为工程研究背景,考虑管节接头GINA止水带的橡胶材料特性、场地的初始地应力平衡以及上覆动水压力作用等,分析了水平及竖向地震作用下沉管隧道三维动力反应。结果表明:动水压力对隧道结构的竖向及水平方向的动力响应均有一定影响,尤其是对隧道结构的竖向反应影响较水平方向更加明显,最大可达70%;隧道接头GINA止水带竖向剪切变形较水平纵向的拉伸变形及水平横向剪切变形明显偏大,尤其两侧止水带竖向剪切变形较大;混凝土隧道管节上顶板及边墙较管节底部更易受到明显的拉应力。     

考虑水-饱和土场地-结构耦合时的沉管隧道地震反应分析

用理想流体介质模拟水层、流体饱和多孔介质模拟饱和土地层,在理想流体介质与流体饱和多孔介质相连接边界的连续条件基础上,结合已有的对理想流体介质、流体饱和多孔介质进行动力反应分析的显式有限元方法,开考虑地层与结构的动力相互作用,建立了进行水与场地、结构耦合动力分析的方法。利用该方法对沉管隧道的地震响应进行了研究,重点分析了水深、地质条件等因素对沉管隧道地震反应的影响,并从中得出了一些可供相关人员进行沉管隧道抗震分析时参考的结论。     

H型平面布置多层冷弯薄壁型钢结构抗震分析

基于H型钢截面良好的受力性能,设计了一种H型平面布置的多层冷弯薄壁型钢结构。结合有限元分析软件,对该结构进行了不同工况下的弹塑性地震时程计算,分析了结构的位移响应、层间位移、顶层加速度等参数。结果表明:(1)6种地震烈度下,结构层间位移角均满足规范要求。9度罕遇地震下,结构顶层X向最大位移为9.213mm,Y向最大位移为5.432mm,位移响应较小;(2)结构在高烈度地震下,顶层加速度超过10000mm/s2,结构颤动频率高,但是构件均未进入塑性,结构处于安全状态。综合分析结果,采用H型平面布置的多层冷弯薄壁型钢结构具有较好的抗震能力,建议工程中考虑使用该种平面布置方式。     

考虑地震波激振方向的浅埋偏压双联拱黄土隧道动力响应规律研究

以实际工程为背景,在模型试验结果和数值模拟结果验证合理的基础上,通过建立三维数值模型,研究兰州人工波在不同激振方向下坡-隧体系动力响应规律,通过小波包变换从能量和频域角度对衬砌结构动力响应规律进行分析。研究结果表明：水平、竖直面内垂直隧道轴向(X、Z)的地震波在隧道最大埋深处引起较大响应,水平面平行于隧道轴向的地震波(Y)对埋深较浅的洞口处的结构最为不利。频率在0～12.5 Hz范围内的低频波是引起隧道结构响应的主要波段,该频段中竖直向地震波(Z)能量相较于其他方向地震波能量占比最高。地震作用中衬砌结构的存在对坡体内的围岩变形有一定的抑制效应。X、Y向地震波容易引起坡脚附近的围岩发生剪切破坏,Y向地震波对隧道洞口段仰坡的稳定性影响最大;Z向地震波容易造成坡顶附近区域围岩的拉伸破坏,且对隧道拱顶附近产生最不利响应。研究成果对浅埋偏压双联拱隧道的抗震优化设计具有借鉴意义。     

强震作用下机场高耸塔台结构抗震性能分析

为提升强震作用下机场高耸塔台结构的抗震性能及安全,采用非线性时程分析方法研究高耸塔台结构的强震损伤分布规律;基于性能化抗震设计方法确定塔台关键构件抗震性能水准,对高耸塔台结构进行性能化抗震设计和损伤控制;最后分析了竖向地震对高耸塔台结构强震损伤的影响.分析得到,采用多遇地震设计的塔台结构,在罕遇地震作用下塔台结构层间位...     

断层错动下盾构隧道抗震措施研究

采用混凝土塑性损伤本构模拟盾构管片,建立三维有限元壳-弹簧模型,开展了在45°断层错动下盾构隧道结构响应的静力弹塑性分析。研究表明,在正断层和逆断层错动下,衬砌受压损伤最大值均分布在拱顶处,衬砌受拉损伤最大值均分布在拱腰处;正断层错动下,环间螺栓易发生受拉破坏;逆断层错动下,混凝土管片易发生拉压损伤破坏。替换断层附近土体为软土的同时提高螺栓强度等级,可有效抵御较大的断层错动位移。研究对断层错动下盾构隧道的抗震措施具有一定参考价值。     

双向地震耦合作用下浅埋偏压黄土隧道共振特性研究

历次震害表明隧道等地下结构受地震影响较大,当地震动的卓越频率与结构的固有频率一致时,引发的共振会对结构产生更严重的破坏。针对共振这一地震中的特殊现象,通过ANSYS分析研究浅埋偏压黄土隧道在双向地震耦合作用下隧道衬砌各处的共振响应和围岩至衬砌段共振响应峰值的变化规律,同时考虑偏压角度和断面最大跨径对共振响应峰值的影响。研究结果表明：浅埋偏压黄土隧道具有多阶固有频率,衬砌的位移和应力均出现了共振现象且共振不表现出结构的自振频率特征;从围岩至衬砌段的共振响应具有放大效应;水平位移峰值随偏压角度的增大而减小;适当增大断面最大跨径对于抵抗共振是有利的;拱腰和拱脚处的主应力受共振影响较大,在隧道的抗震设计中应予以加强。     

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件（桥塔、支座、基础和桥墩）的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明：横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。     

特高压直流换流阀地震响应试验研究

换流阀是特高压直流输电工程中换流阀厅内的关键设备,其在阀厅内的抗震性能直接影响到阀塔的设计及电力生命线工程的安全。基于缩比理论,建立1:3的换流阀缩比模型,开展地震台振动试验,研究阀塔的最大摆幅、受力以及运动状态等。试验结果表明:地震作用下,阀厅对阀塔存在动力放大效应,各层阀塔间加速度变化不大;悬吊绝缘子中间截面受力小于两端截面,存在弯曲及扭转效应,并非严格意义上的二力杆;阀塔底部摆副最大,顶部加速度最大,且各层运动状态不一样,这些均需在工程设计中重点考虑。缩比模型试验对特高压换流阀工程设计及分析具有一定的指导意义。     

水下长大沉管隧道抗震性能及减震措施研究进展

沉管隧道抗震性能研究是目前地下工程防灾减灾领域重要的研究方向之一,同时也是该领域亟需解决的难题。在总结了隧道震害特点的基础上,全面系统地阐述了原型观测、模型试验、理论分析三种沉管隧道地震响应计算的分析方法及最新研究进展。基于这些方法,进一步介绍了质点-弹簧模型、梁-弹簧模型、多体动力学模型三种水下长大沉管隧道纵向抗震简化模型,并分析模型对应的特点及力学原理,最后简要地总结了沉管隧道的减震措施。一定程度上可以反映出国内外沉管隧道地震响应分析以及减震控制研究目前的发展阶段,并通过这些最新的研究成果提出了进一步的展望。