地下综合管廊大型振动台模型试验研究

针对地下综合管廊缺乏抗震研究的现状,开展了地下综合管廊大型振动台模型试验研究。试验中除对通常的地下结构振动台试验中常规地震响应进行了测量外,还测量了模型场地水平位移、模型结构的层间位移、模型结构内钢筋应变。同时,通过自行设计的接触面土体滑移传感器测量了结构顶板接触面土体滑移。本文对模型结构的动力响应以及接触面和周围土体地震响应规律进行了分析。结果表明：在地震作用下地下综合管廊的地震加速度响应服从周围土体的地震响应,其响应幅值不会大于周围土体的加速度响应幅值;结构内力最大部位出现在结构的角部,并且内力随着地震动强度的增加而增大;地下综合管廊接触面土压总体上随着地震动强度的增加而增大,侧板和顶、底板的土压力分布模式不同;在水平地震作用下,地下综合管廊会产生顶、底板之间的相对位移,同时伴随着横截面内的刚体转动;地下综合管廊壁板与土接触面的作用力是结构产生内力的直接原因,其中侧壁土压起主要作用。     

地下综合管廊结构振动台模型试验与有限元分析研究

在地下结构的振动台试验中,模型箱的设计是影响试验精度的一个很重要方面,本文的试验中采用了层状剪切砂箱,以最大限度地减小模型箱边界效应.而如何在数值计算中对层状剪切砂箱进行模拟成为数值分析要解决的关键问题.本文就是以此为背景展开了探讨,提出用变刚度的方法来近似模拟层状剪切砂箱,通过数值模拟结果与试验结果的对比发现,效果较好.在自由场计算的基础上,对综合管廊结构的振动台试验进行了数值模拟,计算结果与试验结果对比较好,说明本文建模计算方法是正确的,为后续的研究提供了基础.     

综合管廊横向振动台试验设计

在基于文献调研及综合考虑试验目的、试验条件、试验经费的基础上对于综合管廊横向振动台试验进行详细设计。首先,对于试验中所需的振动台、模型箱、测试元件等试验设备进行设计与选择。其次,对于试验中两大主要方面:模型相似比和模型配筋进行研究。在相似比设计中依据Bockinghamπ定理以加速度、密度、弹性模量、长度这4个参数为基本量,考虑采用忽略重力模型,从而推导出其余相似比。模型配筋设计中由于无论单层综合管廊还是双层综合管廊原型结构配筋均较为简单同时考虑受力的合理性,本次配筋采用等面积配筋率原则。再次,基于地下结构地震反应特点选用El-Centro波、Kobe波、Taft波,试验加载采用分段逐次加载,并给出详细的加载制度。最后,基于前期二维模型的数值模拟,给出单层及双层综合管廊的测试元件布置图。     

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。     

土、结构特性对饱和土-地下综合管廊动力相互作用影响分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型：在地应力平衡的静力状态下,采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下,采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,并将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同土体材料、结构特性以及土-结构接触摩擦对结构地震响应的影响,得出如下结论：（1）地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时,引起结构上的变形最大;（2）综合管廊结构管廊壁厚越薄,埋深越深,结构尺寸越大,结构刚度越小,结构变形越大;（3）不考虑土-结构接触面的状态非线性将会增大结构变形。     

地下综合管廊土-结构接触面参数对地震动力响应的影响数值分析

为研究土-结构接触面参数对地下综合管廊地震动力响应特征的影响,建立动力有限元数值模型,模型边界采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,土体本构采用HSS模型,接触面采用改进Goodman单元,动力荷载考虑三种情况(Rayleigh波的作用、底部激励了美国加利福尼亚Upland地震波以及前两者的共同作用),分别研究不同地震动输入、接触面折减系数的改变对综合管廊内力及加速度的影响。研究结果表明:在相同的折减系数条件下,与静力作用相比,动力作用下的结构内力明显增大,综合管廊设计时应考虑地震荷载作用下内力增大的情况;随着界面折减系数的增加,正弯矩极值减小,负弯矩极值增大,加速度峰值增大;在相同接触面折减系数条件下,底部地震波输入产生的结构内力极值显著高于仅有Rayleigh波输入的情况;考虑Rayleigh波和地震波共同作用条件下,引起的管廊结构内力极值与仅考虑底部地震波输入时的结构内力极值差异不大。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(Ⅲ)——数值模拟

根据非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验结果,以有限元软件ABAQUS为平台,定义了约束方程来考虑层状剪切砂箱的模型箱效应。土体采用线性扩展Drucker-Prager本构模型,并采用主从接触面模型考虑土-结构相互作用,建立了三维有限元模型。对各种试验输入工况下土-综合管廊体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:数值模拟结果与模型试验结果吻合较好。文中所提建模方法合理,可用于后续的分析。     

软弱地层综合管廊三维非线性地震反应特性研究

软弱地层综合管廊在强震作用下易发生破坏。考虑土体非线性及水的影响,以苏通GIL综合管廊工程为依托,采用三维线性梁单元模拟螺栓与钢筋,对地震动进行幅值标定,建立三维精细化有限元模型,并根据不同地震动输入方式及强度,从衬砌应力分布、张开量及结构损伤角度分析综合管廊非线性地震反应特性。研究结果表明,45°共轭方向与拱腰位置处管廊受力较大,横向、纵向地震动作用下,随着地震动强度的增加,应力增加明显;横向地震动输入对管廊环间张开量的影响较小,当地震动达到峰值附近时,张开量增长明显,并在一定范围内波动;横向地震动对管廊结构损伤的影响较大,峰值加速度达0.3 g时,管廊内部结构在两端连接处及中间支撑处连接点出现拉压变形。     

地下T型交叉管廊的抗震时程分析

利用ABAQUS有限元软件,进行地下T型交叉管廊的抗震时程分析。计算模型采用黏弹性边界结合地震动输入等效节点力的方法建立,土体的非线性采用等价线性方法考虑,混凝土材料采用塑性损伤模型模拟。以某拟建的双舱地下综合管廊工程为例,研究了T型交叉管廊在地震波激励下的内力。研究表明,T型交叉管廊交界面的内力最大;相比于非交叉管廊,在T型交叉管廊交界面位置处,T型交叉节点对轴线与振动方向一致的管廊的截面弯矩影响最大,放大了233倍;T型交叉节点对轴线与振动方向垂直的管廊的轴力影响最大,放大了17倍。研究对于T型交叉管廊的抗震设计具有一定参考价值。     

多高层钢结构耐火性能的子结构分析模型与分析方法

基于整体钢结构在局部火灾下的反应规律,将高层钢结构的初始倒塌破坏类型进行了分类(中间柱初始倒塌、边柱初始倒塌以及梁柱同时倒塌),根据整体结构约束影响和荷载影响,提出局部火灾下多高层钢结构耐火性能分析的相应子结构分析模型及其分析方法。子结构模型的边界充分考虑周围约束的影响,尤其是周围梁和上层柱构件以及层数的影响。针对不同类型的子结构模型,通过建立相应的具体子结构有限元模型,合理考虑边界条件的影响。最后基于建立的数值模型,研究了子结构的火灾反应规律与破坏机理,并与整体结构的分析结果进行了比较,结果表明:子结构分析模型与分析方法可以合理准确地分析整体结构的耐火性能。     

建筑围护结构节能与防火体系构建

从围护结构节能与防火一体化思路出发,提倡钢筋混凝土结构保温一体化建筑体系和砌体结构保温一体化建筑体系;尤其主张在我国建筑工业化全面升级的基础上大力开发与推广保温型混凝土预制装配化技术,统一建筑模数,实现标准化与多样化;针对预制装配化保温型混凝土在梁、构造柱等容易出现的冷、热桥问题的部位,创新式提出以相变储能材料与建筑结构相融合来提高建这些部位的热工性能,减少温度梯度;从系统上做到保温与建筑同寿命、免维护、工序少,工期短、耐火等,从而真正实现低碳,构建建筑围护结构节能防火一体化建筑体系。     

基础隔震结构健康监测系统的设计与实现(Ⅰ):系统设计

在医院、教学楼等建筑中广泛采用隔震技术,能降低地震对上部结构的破坏作用。虽然隔震技术经过几十年的发展已趋于成熟,但环境及其他荷载对隔震结构性能的影响规律、结构设计的合理性以及震后结构状态评估等问题,仍需建立隔震结构健康监测系统对施工、运营期的结构响应进行监测,并对其进行评估与验证。首先,针对基础隔震结构的特点,研究了基础隔震结构的主要监测内容;在此基础上提出基础隔震结构健康监测系统的总体设计要求及原则,根据不同监测对象(整体与局部监测量)给出基础隔震结构传感器布置原则和数据采集系统软硬件设计原则,提出基础隔震结构设计验证与安全评定方法;最后给出基础隔震结构健康监测值得进一步研究的问题。     

多国钢结构抗火规范关于受弯构件计算方法的比较与分析

为了研究受弯构件的抗火性能,及对国内外目前的受弯构件抗火设计方法有一个系统的了解,介绍了中国、美国、欧洲、英国和澳大利亚的钢结构抗火设计规范关于受弯构件的计算方法,并对它们的区别和联系进行了分析。设计了一个算例,分别采用不同的规范计算了其临界温度和耐火极限。经对比分析表明:各国规范的计算结果差别较大,相同条件下,澳大利亚规范计算得出的临界温度较低;无防火保护层时,英国规范计算得出的耐火极限较高,而有保护层时,美国规范计算得出的耐火极限较低。     

国内外抗连续倒塌设计规范研究及对比

结构的连续性倒塌一直是土木工程领域关注的焦点,现阶段各个国家关于连续倒塌的规范在设计方法以及具体规定上均有所差异。回顾了抗连续倒塌研究的发展历史,梳理了国内外抗连续倒塌设计规范中的不同规定,对国内外抗连续倒塌规范的设计方法进行了归纳总结,比较了各国规范安全等级划分方式以及验算时荷载组合的异同,并对破坏发生范围的界定做了详细对比,为将来形成统一的规范提供一定参考。