基于振动台模型试验的高落差埋地管道地震响应研究

为研究高落差埋地管道的地震响应,进行了高落差埋地管道振动台模型试验和有限元数值模拟,探讨管道径厚比、管道倾角、地震波入射角、地震动峰值加速度和管道埋深对高落差埋地管道地震响应的影响规律。试验结果与数值模拟结果符合较好。研究结果表明,在入射角0°的地震波作用下,高落差埋地管道轴向应变峰值随着管道径厚比的增大而增大;在一定管道倾角范围内,管道轴向应变峰值随着管道倾角α的增大而增大;当地震波入射角度从0°变化到60°时,管道上下表面的轴向应变减小,侧面的轴向应变增大;管道应变随着地震动峰值加速度和管道埋深的增加而增大;相同地震作用下,管道最大轴向应变出现在下弯管1/3处附近。     

场地沉陷埋地管道反应分析方法

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一，至今，国内外对这一问题的研究甚少。本文提出了一个新的方法，用以分析受沉陷作用的埋地管道的反应，该方法选取跨越非沉陷区和沉陷区的埋地管道为研究对象，用三次曲线模拟沉陷区管道的几何大变形，推导出沉陷区段管道在几何大变形条件下的受力平衡方程的内力递推公式，用弹性地基梁模型模拟非沉陷区的管道变形，并用学陷区和非沉陷区交界面处的变形及力学协调条件给出了交界点     

卵石土场地地震反应特征振动台试验研究

为研究卵石土场地地震反应特征,基于四川成都典型卵石土场地,通过振动台模型试验研究卵石土场地在不同地震波、不同地震强度激励下的加速度峰值放大系数、加速度频谱反应及动土压力反应,并且对其场地地震反应非线性效应及土体动剪应力-动剪应变关系进行分析。结果表明：卵石土场地表层土层对地震波具有明显的放大效应,加速度峰值放大系数介于1～1.4之间,下部土层放大效应较小,加速度峰值放大系数介于0.9～1.2之间。卵石土场地对地震波具有低频放大,高频滤波的作用,滤波频率上、下限随激励强度的增大逐渐向低频方向移动。激励强度较小时,土体尚未破坏,动土压力在地震过程中逐渐增大;随着激励强度的增大,动土压力反应明显增大,表现出骤减后逐渐增大的现象。在激励强度较小时(SN1),中部土体最先进入非线性反应阶段,地震波在中部土层能量损耗最大;激励强度较大时(EL3),土体均发生了较大变形,土体最大动剪应变达到1.7%,此时卵石土场地对地震波的放大作用明显减弱。     

饱和软土自由场地地震反应特性振动台试验

为了解软土自由场地地震反应特性,开展饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验。分别从模型体系自振特性、震陷位移及不同土层深度测点的加速度、动孔压比等动力响应指标方面,较为深入和全面地分析饱和软土自由场地地震反应规律、破坏机理。同时还分析模型箱的"边界效应"以验证试验土箱的合理性、有效性和测试仪器性能,并由此进一步确定模型地基有效工作区域。研究表明:(1)地震动作用下,饱和软土自由场地特征频率降低,阻尼增大;(2)饱和软土自由场地对水平输入地震波具有短周期滤波、长周期放大效应,且强震作用下地基失效并表现为减隔震作用;(3)饱和软土自由场地动孔压比优势区域位于浅埋土层,并随着输入地震动强度的增大,该区域动孔压比优势逐渐减弱。该研究可为非自由软土场地试验研究提供必要的技术经验。     

长输埋地管道振动台试验传感器布置方案研究

在进行长输埋地管道振动台试验的过程中,针对数据信息的采集量测以及传感器的布置位置进行了研究。采用三维数值模拟的方法对管-土相互作用体系进行了地震反应分析,内容包括埋地管道结构纵、横向在非一致地震动作用下的地震响应及受力变形特征。根据计算结果确定了主观测断面及辅助观测断面的位置及观测断面上传感器布置的位置,在满足基本信息采集要求的前提下,对可供采用的信息采集通道进行了优化分配,由此确定本次试验的观测断面以及传感器的具体测量部位与数目。成果对试验获得成功起到了保障作用,可为同类试验提供参考。     

场地沉陷作用下埋地管道屈曲反应分析

土体沉陷是引起埋地管道破坏的重要原因之一,它会引起穿越该沉陷区域的大口径地下管道屈曲失稳,使管道在没有达到拉伸或剪切强度前便退出工作.将管道与周围土体从半无限土体介质中共同取出,建立沉陷作用下的管土相互作用模型.管道以薄壳单元模拟,土体采用实体单元进行离散,采用特征值屈曲分析方法对沉陷区域埋地管道的屈曲稳定性进行了分析,给出了管道发生屈曲时的屈曲模态及对应的沉降量.研究沉陷区长度、管道埋深、管径、壁厚及场地条件等对管道屈曲反应的影响.在文中所用模型与假设条件下发现地下管线埋深较浅时更易发生屈曲失稳,管道径厚比越大管道越易发生屈曲,场地土体越硬管道越易发生屈曲失稳等结论.     

埋地管道地震响应的数值仿真模型分析

基于ABAQUS通用有限元软件平台,利用黏弹性人工边界实现无限域的有限化,采用摩尔-库伦模型考虑土体的非线性,建立了埋地管道的数值仿真模型。首先,论文讨论了土-管相互作用参数对管道应变的影响,建议了数值仿真分析中接触面摩擦系数的合理取值;其次,通过与埋地管道振动台试验结果的对比,验证了埋地管道振动台试验中模型边界处理的有效性,进而讨论了埋地管道模型试验中的相似律问题;最后,进行了管道应变响应分析,并简单分析了类河谷地层埋地管道的应变响应。通过本文的研究,获得了埋地管道地震响应的一些规律性成果,为更深一步的研究奠定了基础。     

承台型式对可液化场地桥梁桩-柱墩地震响应影响振动台试验

基于相同土层结构地基条件下,分别采用低承台群桩-独柱墩与高承台群桩-独柱墩结构,完成了两次可液化场地群桩-土-桥梁结构地震反应振动台试验,据此研究了承台型式对桥梁桩-柱墩地震反应的影响。研究表明,与高承台桩相比,可液化场地中低承台桩的抗震性能更优;地震中砂层尚未液化或液化不充分时,低承台更多表现出减弱桩尤其桩上段的加速度反应的作用,相反高承台更多起到放大桩的加速度作用,而高承台桩与低承台桩的峰值应变自下而上更多表现出逐渐增大趋势;即使砂层完全液化时,低承台桩的峰值应变自下而上仍以渐增为主;与低承台桩相比,高承台桩更有助于放大墩顶加速度、位移反应,对结构体系整体稳定性产生了不良影响;虽然低承台桩未出现严重破坏,但砂层中部桩的应变却很大,液化砂土-桩运动相互作用对桩的抗震性能影响不容忽视。     

埋地管道在地震行波作用下反应综述

埋地管道是"生命线地震工程"的重要组成部分,关系到震区人民的生活和震后救灾活动的开展。在地震行波作用下,其受力和破坏情况比较复杂,因此针对埋地管道采用合理可靠的地震反应分析方法至关重要。梳理了埋地管道在地震行波作用下解析理论和数值模拟的研究成果,总结了相关试验研究情况,指出了存在的问题和需要进一步改进的地方。     

土-结构群相互作用体系地震响应振动台试验研究

设计并开展一系列土-结构群相互作用体系振动台试验,考虑结构数量、地震动类型与幅值等参数,研究土-结构群相互作用对结构及场地土响应的影响,并对模型土参数确定方法进行分析。研究结果表明,地表建筑物的存在并不总是减小自由场地面运动,但地面运动随着地表结构数量的增加而降低;土-结构群相互作用对位于结构群中心的结构响应影响最大,且会放大土体卓越频率附近的响应成分;不同评价指标之间具有不同的侧重点,但均可较好地评价结构群之间的相互作用;输入地震动的总能量越高,土-结构群相互作用越明显。     

振动台试验模型地震反应的HHT研究

Hilbert-Huang Transform(HHT)是一种新的适用于非线性、非平稳信号,且具有自适应性的数据处理方法．本文简要介绍了一座45层钢筋混凝土框架结构及其振动台试验模型概况. 利用HHT分析了模型结构在不同烈度地震中的反应记录,得到了Hilbert时频幅值三维分布和Hilbert边际谱．Hilbert谱得到记录能量集中分布的频段与时间范围,捕捉到信号变化的主要特征. Hilbert边际谱曲线形状和峰值频率值随着地震烈度的升级而发生了相应变化,而且所有的结果图形体现出相同的规律性,预示着Hilbert边际谱在土木工程结构安全评价中的应用前景．      

孤立山体地震动力响应的振动台试验研究

设计并完成1∶10的孤立山体大型振动台模型试验。试验模型尺寸为4.4m×4.4m×1.8m(长×宽×高),该模型表面共包含30°、45°、50°及60°四个不同坡度的坡面。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波,探讨地震作用下孤立山体模型的地震动力响应规律以及地震动参数对其的影响。采用三维局部坐标系,即山体的临空面方向L、坡面走向方向M及竖直方向N来对试验结果进行分析。试验结果表明:随着坡面角度的增大,临空面方向、竖直方向峰值加速度的高程放大效应逐渐增强,当坡面角度为45°,加速度放大效应突然增大,当坡面角度为50°,加速度放大效应渐趋平缓,而边坡走向方向的峰值加速度高程放大效应基本上不随坡面角度的增大而变化,其台阶也相对较为平缓;随着输入PGA的增大,临空面方向、坡面走向方向及竖直方向峰值加速度的高程放大效应逐渐减小,表现出"量级饱和"特性。试验结果有助于揭示边坡在地震作用下的失稳机制,为边坡工程的抗震设计提供有益的参考。     

可液化倾斜场地中桩基动力响应振动台试验研究

为研究倾斜场地中桩基的动力响应,以2011年新西兰地震中受损的Dallington桥为原型,设计并完成可液化倾斜场地桥梁桩-土相互作用的振动台模型试验。试验再现了喷砂、冒水、地裂缝、场地流滑等宏观现象。试验结果表明,土层足够的液化势及惯性是造成倾斜场地侧向流滑的必要条件;浅层土相比深层土更易液化,液化层中的加速度由下至上呈现逐渐衰减的趋势,而未液化砂土层却表现为逐渐增大的特征;深部测点的桩侧土压力明显大于浅部测点,且土体的液化会弱化土对结构的压力;结构应变最大值位于上部桥台,而结构弯矩在桩身中部及土层分界面附近出现两个较大值,桩端嵌固及倾斜场地流滑是造成出现两个弯矩较大值的主要原因。     

模型储罐三维地震反应振动台试验研究

针对立式钢制模型罐,进行了三维地震激励和一维地震激励振动台的动响应试验研究。结果表明:储罐在三维地震动激励下的反应与一维激励相比,加速度反应、罐壁的应变反应、储罐提离反应具有较明显的放大效应。位移反应在不同地震激励下,其放大效应不同,El Centro波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移放大明显,Taft、天津波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移有放大也有缩小,幅度均不大。由罐壁测点加速度功率谱分析表明:一维激励其峰值频率区域较为集中,主峰突出,能量主要集中于低频区;在三维地震激励下,频率峰值区域明显拉长,峰值点模糊,频率成份十分丰富,表现出多主峰的特点。     

路基地震峰值加速度响应特性振动台试验研究

在采用拟静力法分析公路路基抗震稳定时,需要考虑路基对地震加速度产生动力放大效果的影响。为了研究该放大效果,针对填方路基在强地震动作用下的动力响应,设计并完成了1∶20比尺的路基大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波激励,研究地震作用下路基模型边坡地震峰值加速度的放大系数。试验结果表明,路基边坡对输入的水平地震波具有明显的放大作用,而对竖向地震波的放大作用不明显。沿路基高程向上,水平地震波加速度峰值放大系数呈现波动,且坡面的放大系数大于路基内部的放大系数。在不同类型、不同振幅和不同频率的地震波作用下,路基地震峰值加速度放大系数具有明显的差异。试验结果可为确定路基抗震稳定设计的动力荷载提供相应的参考。     

带裙房高层建筑地震反应控制振动台试验研究

2002年9月在香港理工大学成功地进行了带裙房高层建筑地震反应控制试验研究。设计和制作的结构模型是带3层裙房的12层高楼剪切模型,在裙房顶层与主楼之间安装单MR阻尼器形成MR阻尼器耦联结构模型。MR阻尼器采用美国LORD公司摩擦型MR阻尼器,并且选用其配套产品计算机电流控制器对其进行控制,控制系统采用德国dSPACE公司实时控制系统。对独立主楼、独立裙房和原结构模型的动力特性进行了辨识;对结构模型进行了El Centro地震动作用下的地震反应振动台试验;以作者提出的MR阻尼器半主动逻辑控制算法,对MR阻尼器耦联的结构模型进行了地震反应振动台试验。试验结果表明：用MR阻尼器耦联主楼与裙房,采用半主动逻辑控制方法进行控制,能有效抑制主楼的鞭梢效应并使主楼和裙房的地震反应减小。     

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验数值模拟方法研究

直接针对大型振动台模型试验,建立液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用数值模拟的二维分析模型和计算方法。根据桩基平面应变假定,将空间桩体转换成平面板桩,并考虑桩的尺寸效应;基于桩截面节点位移协调条件和平衡力系等效原理,建立四结点梁单元刚度矩阵且对Timoshenko梁杆单元刚度矩阵进行增广修正,以考虑桩的横向尺寸影响桩周土位移场分布的尺寸效应。根据有效应力原理进行土动反应分析,采用满足M asing准则的修正双曲线模型描述土动力变形的本构关系,同时考虑因孔压上升造成土体软化而对土动力性能的影响,由迭代法处理土的动力非线性。采用并联弹簧-阻尼器模拟计算域人工边界,以考虑边界波的反射作用对体系动力反应的干扰和土粘滞阻尼的影响。采用W ilson-θ逐步积分法计算体系的地震反应。通过与试验结果的对比分析,评估数值模拟的建模途径和计算方法的可靠性。     

考虑地震动持时的液化场地-桩基振动台试验设计

振动台试验中地震动输入是一个关键因素,地震动持时压缩是1-G振动台试验设计中的重要环节,地震动持时压缩后,地震动特性发生改变,对地基-结构体系动力响应产生显著影响。为了研究振动台试验中地震动输入特性,特别是地震动持时压缩对可液化场地-结构体系地震非线性动力响应的影响,本论文较系统地阐述了振动台试验的整体设计思路,其中重点阐述了相似比设计思路及持时压缩方法、模型地基及结构制备、叠层剪切型模型箱性能、传感器布设及新型传感技术、持时压缩后地震动特性的变化、数据处理方法。成套方案设计思路为振动台试验提供了完备、科学的方法。     

跨越断层埋地管线地震反应研究述评

本文论述了跨越断层埋地管线地震反应研究工作概况,包括理论研究和实验研究的进展,并介绍了不同情况下采用的研究方法和建立的相应的研究模型,通过对数据结果进行整理分析,得出跨越断层埋地管线地震反应规律。同时,本文还对埋地管线研究中的一些重要参数对研究结果的影响作了详尽的阐述,提出了需进一步研究的问题和今后可能的研究发展方向。