不滑移状态下深埋圆形隧道地震响应研究

地下结构的地震响应主要取决于由地震波传播产生的土体变形与土结相互作用。剪切波传播过程中将会引起隧道衬砌的椭圆化变形,进而降低衬砌有效承载力。剪切波作用下的深埋圆形隧道可认为处于均质的纯剪状态,基于相对刚度法的拟静力解析解可充分考虑土结相互作用对隧道结构内力的影响。基于此,本文将通过有限元数值分析获得的自由场地地基变形引入不滑移状态下深埋圆形隧道内力求解公式,并结合二维和三维数值模拟途径,将动力分析结果与解析解结果进行对比分析,以评价各种解析方法的适用性和数值途径的可靠性。     

考虑各向异性的层土-盾构隧道地震反应数值模拟

在层状各向异性土体-盾构隧道地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型理论,建立了适合于横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对地铁区间盾构隧道抗震设计的特点,基于横观各向同性弹塑性模型,研制了考虑层状土体各向异性和施工开挖效应,适合于盾构隧道动力计算的各向异性弹塑性动力有限元程序。在程序中对于不同的材料采用了不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行各向异性土体与地下结构的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静力和动力数值分析。最后利用所研制的程序进行了上海地铁二号线石门一路站附近区间隧道在不同超越概率地震动输入下的隧道反应计算。结果表明,在层状土体-地铁区间隧道的抗震分析中考虑土体各向异性的影响是必要的,所提出的计算模型是可行的。     

基于拟动力法的抗滑桩加固边坡地震稳定性分析

地震力作用下土质边坡动态稳定性研究对实际边坡工程有着重要的意义。采用拟动力法结合简化毕肖普法研究坡顶抗滑桩加固土质边坡在地震力作用下的动态稳定性。尽管拟静力法是目前处理地震力最为广泛的方法之一,但其局限性在于无法考虑地震力随时间变化且忽略了地震波在土体中的传播。而拟动力法采用正弦波模拟地震波在土中传播,并考虑地震波从坡脚传递到坡顶的相位差以及阻尼力对边坡稳定性的影响,通过边坡安全系数的变化揭示土质边坡在地震力作用下的稳定性变化规律。将得到的结果与拟静力法进行对比,突出了拟动力法的优势。最后,考虑水平地震加速度系数、加速度幅值放大系数以及土体内摩擦角对边坡稳定性的影响,以期对实际工程提供理论借鉴。     

基于OpenSees的桩-土-桥墩相互作用非线性数值分析模型

基于OpenSees数值分析平台,建立了群桩-土-桥墩非线性数值分析模型。模型中桩-土水平向相互作用和桩-土竖向相互作用、桩底-土竖向相互作用分别通过p-y、t-z与q-z零长度弹簧单元模拟。模型中同时考虑了群桩效应与纵筋在墩底的应变渗透和粘结滑移的影响。结合群桩基础拟静力试验结果,对数值模型的准确性进行了验证,在此基础上对土体参数特性对桩基滞回性能的影响规律进行了分析。结果表明:所建立的数值分析模型可对群桩基础滞回曲线和骨架曲线进行较为准确的模拟分析,验证了模型的可靠性。反复荷载作用下,前桩处土体的反应明显大于中桩处;土体由软黏土变为硬黏土时,墩顶侧向承载力与刚度显著增加,但土体的非线性反应减弱。     

变刚度隧道纵向简化地震响应分析方法

土结相互作用法在隧道纵向抗震分析中应用广泛,但现有方法不适用于变刚度隧道。本文根据隧道的动力响应特点提出力学假定,将变刚度隧道简化为处在均质各向同性土层中的两段半无限长弹性地基梁。通过求解隧道的位移微分方程,推导出变刚度隧道纵向地震响应的解析表达式,并引入位移相位角模拟行波效应,提出了变刚度隧道纵向抗震拟静力法。通过与有限元基准模型在相同计算参数下的结果对比,验证了本文方法的有效性和可行性。最后应用本文给出的解析公式进行了变刚度隧道参数敏感性分析,揭示了各种因素对变刚度隧道地震响应的影响规律。本文所提方法实用有效,可为今后变刚度隧道的抗震设计提供指导。     

隔震板柱结构-基础-地基相互作用地震反应分析

对广州地区一例地基-基础-隔震板柱结构动力相互作用体系进行了计算分析.通过与常规设计方法及非隔震体系的比较,研究了该体系地震反应的变化规律,并分析了阻尼比、地基土特性、基础刚度、基础型式、基础埋深、土体深度、上部结构刚度和地震波等因素对相互作用体系动力特性及地震反应的影响.     

基于土与结构相互作用的隧道结构振动特性的理论研究

考虑到地铁隧道结构与其周围土层的相互作用,本文建立一种新的隧道结构振动特性的理论分析方法。首先,基于考虑横向剪切变形的中厚壳理论,建立了隧道结构的振动方程,其次,基于均匀、各向同性、线弹性介质的纳维波动理论,建立了隧道周围土体的运动方程,在此基础上,利用波传播方法,通过界面连续条件建立了基于土与结构动力相互作用的隧道结构振动控制方程,利用其频散特征方程对隧道结构的振动特性进行了分析,并与基于薄壳理论、有限元理论的相应结果进行了对比,验证了方程的有效性。     

地下结构地震作用的简化分析方法研究

随着地下结构建设的飞速发展,地下结构工程师不仅面临众多的地下结构静力设计问题,同时也面临着抗震设计问题。目前,利用大型商业软件对地下结构的动力时程分析及模型试验研究已开展较多,但其研究成果还较难应用于实际的地下结构抗震设计之中。同时,我国抗震设计规范还处于研究、发展阶段。因此,建立一套便于工程应用的简化抗震设计方法是十分必要的。本文首先从地下结构拟静力解析解方面着手,采用弹性解析解的方法探讨了自由场变形与地下结构变形之间的相互关系;然后,采用数值模拟的方法,对自由场与地下结构的动力反应特性进行了系统研究,提出了地下结构简化设计方法的基本思路,在此基础上,基于子结构法分别对反应位移法、静力有限元法进行了理论推导及方法改进;最后,介绍了地下结构弹塑性分析方法,并对地下结构拟静力实验进行了数值模拟。本文主要研究工作及研究成果如下:(1)基于解析解的自由场与地下结构变形拟静力关系研究。基于平面弹性复变函数理论分别对圆形地下结构和矩形地下结构进行拟静力解析求解,明确了地下结构拟静力解析求解的基本方法。同时,对Wang、Penzien、Bobet、Park和Huo的方法进行了系统分析,并探讨了接触条件和泊松比对地下结构变形系数的影响。(2)自由场与土-地下结构散射场关系研究。采用数值模拟的方法,研究了在P波和S波作用下,含地下结构散射场及相应的自由场的动力反应,对比分析了地下结构顶板与底板相对位移及自由场相应位置处相对位移最大时刻对应的加速度、应力等动力特征及整个时程的最大值的特征规律。通过这些动力特征分析,找出自由场与土-地下结构散射场二者的动力特性之间的联系,并以此探讨了地下结构简化抗震设计方法的可行性及研究方法。(3)反应位移法理论推导及改进。基于子结构法对反应位移法的原理进行了理论推导,提出了地基弹簧系数的多种求解方法并对地震荷载(剪应力、土层位移差等效荷载以及惯性力)的求解方法进行改进,通过算例对改进的反应位移法与规范中的反应位移法和整体动力时程分析方法进行对比分析,验证了改进反应位移法的实用性。(4)静力有限元法理论推导及改进。基于子结构方法对静力有限元方法进行了理论推导,对现有的静力有限元方法(强制边界位移法、反应加速度法、反应应力法)进行了对比研究,提出了静力有限元计算模型,并验证了该方法的实用性。(5)地下结构弹塑性简化分析方法。采用地基刚度衰减的方法,对规范中反应位移法、改进反应位移法以及静力有限元法在土体弹塑性条件下的计算结果与动力时程方法进行对比,验证了这3种方法在土体弹塑性条件下的计算精度。同时,采用数值模拟的方法,模拟了地下结构拟静力条件下的弹塑性反应。     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

桩-液化土相互作用p-y关系分析

基于多工况的桩-液化土体动力相互作用振动台试验,研究地震荷载作用下液化土层中桩土间侧向相互作用力p与桩身和土体间侧向相对位移y之间的关系。将试验得到的实际p-y曲线与采用拟静力法和以API规范为基础的折减系数法计算出的p-y曲线进行对比,结果表明:(1)液化土层中试验得到的桩真实p-y响应及由拟静力法和折减系数法得到的结果都呈非线性变化,三者极限状态有接近一致的趋势,但变化过程差异明显;(2)采用拟静力法和折减系数法都会使液化土层桩基础侧向反力迅速增长,很快达到屈服极限,远远超过实际情况,会导致相当保守的结果;(3)液化进程中控制桩p-y响应的是土体位移而非惯性力,因而拟静力法和折减系数法的原理不适合桩-液化土体动力相互作用分析,不能用于液化土层中桩基础地震响应的计算。     

基于性态的建筑工程抗震设计——《建筑工程抗震性态设计通则》述评

《建筑工程抗震性态设计通则(试用)》对抗震设计具有重要的指导意义,其中的抗震设计理念同以往的抗震设计规范在抗震设防的思路、概念和方法上有较大的区别。从工程实践的角度,比较了《通则》和现行抗震设计相关规范的区别并对具体应用提出一些看法。     

A Preliminary study on the seismic conceptual design

The seismic conceptual design is an essential part of seismic design codes. It points out that the term "seismic conceptual design" should imply three aspects,i.e.,the given concept itself,the specific provisions related to the given concept and the designing following the provisions. Seismic conceptual design can be classified into two categories: the strict or traditional seismic conceptual design and the generalized seismic conceptual design. The authors are trying to define for both conceptual designs their connotations and study their characteristics,in particular,the differences between them. Authors emphasize that both conceptual designs sound very close,however,their differences are apparent. The strict conceptual designs are usually worked out directly from engineering practice and/or lessons learnt from earthquake damage,while the generalized conceptual designs are resulted in a series of visions aiming to realize the general objectives of the seismic codes. The strict conceptual designs,(traditional conceptual designs) are indispensable elements of seismic codes in assuring designed structures safer and the generalized conceptual designs are playing key roles in directing to a more advanced and effective seismic codes.     

基于结构性能的抗震设计理论研究与展望

基于结构性能的抗震设计理论进90年代国际地震工程提出的新概念，是抗震设计理念上的一次变革。本文阐述了基于结构性能的抗震设计理论产生的背景，基本内容，主要特点及发展概况，并结合我国抗震设计理论和实际的现状就其研究和应用前景进行了展望。     

桥梁抗震设计规范与建筑抗震设计规范的分析与比较

对我国现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)进行了较为详细的对比。分别从抗震设计的基本思想、设计地震动参数、地震反应分析和计算方法、构造细节等方面对这两本规范进行了比较,并指出了今后我国各行业工程结构抗震设计规范宜逐步统一。     

我国海洋平台抗震标准若干问题探讨

我国尚未制定海洋平台的抗震标准.本文首先介绍了美国RP2A-WSD规范的内容,并与我国相关规范进行对比分析,认为我国目前采用的海洋平台强度设计和变形设计水准过于保守.从海洋平台的结构特征出发,探讨了海洋平台的工程地震问题.在此基础上,根据我国海域地震活动特征、海洋平台的设计基准期和设防目标等因素,参照相关行业工程抗震设防标准的经验,提出我国海洋平台用于强度设计的正常使用极限地震重现期取200年、用于延性设计的变形极限地震重现期取1000年.最后通过一个工程实例,分析了海底泥面对设计地震动参数的影响,以及不同抗震标准下设计地震动参数的差别,认为本文提出的平台抗震设防水准是安全合理的,同时又兼顾到我国经济承受能力以及与现行标准的连贯性.     

国内外延性抗震设计的比较

1971年美国发生圣.费尔南多地震,许多新建的桥梁结构遭到严重破坏之后,延性抗震得到重视,抗震设计方法正在从传统的单一强度理论向延性抗震理论过渡。目前,大多数国家的桥梁抗震设计规范已经采纳了延性抗震理论。本文针对几个主要的抗震设计规范,包括EC8、Caltrans、AASHTO、日本和我国公路桥梁抗震设计规范中的延性抗震设计做一个概述。主要内容有延性指标的定义及其计算方法和延性构件钢筋锚固和搭接长度的规定,本文对我国公路桥梁的延性抗震设计有一定的参考价值。     

高压输电塔震害及抗震研究

详细总结了国内外地震中高压输电塔的破坏情况并分析了震害原因。评述了高压输电塔抗震分析和抗震设计的研究现状,指出了一些值得注意的抗震问题。     

《建筑工程抗震性态设计通则》与《规范》中地震作用的比较

《建筑工程抗震生态设计通则(试用)》是一部对我国抗震设计规范修订具有重大指导意义的试用标准。地震作用是抗震设计的首要问题,《通则》中地震作用计算方法与现行规范的差异引人关注。首先分析了《通则》和规范的场地设计谱,然后比较了二者地震作用计算方法,最后引入2个算例计算了水平地震作用的差别。对《通则》的应用,对修订和完善下一代规范有一定的参考作用。     

Design formulations for supplemental viscous dampers to highway bridges

Design formulas for supplemental viscous dampers to building structures are readily available in FEMA provisions and MCEER research reports. However, for the design of supplemental viscous dampers corresponding to a desired system damping ratio of highway bridges, there exist, if any, few design guidelines. This is particularly true if the bridge components such as elastomeric bearings, piers and abutment possess different damping ratios, stiffnesses, and lumped masses. In this paper, the design formulas for supplemental viscous dampers to highway bridges have been derived based on the concept of ‘composite damping ratio’. The design formulas can be used to determine the damping coefficients of the dampers corresponding to a desired system damping ratio of the bridge in which different component damping ratios may be assumed for the elastomeric bearings, piers and abutments. The proposed design formulas are numerically validated by comparing the seismic responses of a three‐span bridge equipped with viscous dampers with those of the same bridge without viscous dampers but with an assigned inherent system damping ratio equal to the target system damping ratio. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

渤海某油田设计地震动参数及抗震设防标准研究

渤海某油田为中国和美国合作开发,其平台结构按美国石油协会API RP2A规范进行抗震设计,该规范与我国的有关技术规范GB17503-1998存在一定的差别。本文依据油田及邻区的地震构造、地震活动特征的研究结果,以及场地的钻探资料、土动力参数测试结果,按美国和我国技术规范的要求,确定不同抗震标准下的设计地震动参数。详细分析了海底场地土特征及其对设计地震动参数的影响,比较了不同抗震标准下的地震动参数,并进行可行性论证。该研究成果已用于实际的工程设计中。