地裂缝环境下马蹄形地铁隧道与土体相互作用的研究

以穿越地裂缝带的西安地铁2号线为研究背景,通过数值模拟对地裂缝作用下马蹄形地铁隧道与土体相互作用的机理进行了研究。研究结果表明：随着上、下盘位错量的增加,地裂缝处受影响的土体范围逐渐增大,土体的竖向位移也逐渐变大;上盘下降过程中,下盘隧道顶部沉降变形最大,上盘隧道顶部沉降变形最小;隧道的变形区域出现在预设地裂缝两侧,并且随着竖向位错的增大而增大,当错距d=100mm时,地裂缝处的隧道结构发生破坏。隧道的最大主应力位于结构出现裂缝和受剪切破坏的区域,随着位错量的增加,隧道的最大主应力变化剧烈。地裂缝处,隧道结构上部靠下盘区域受拉,靠上盘区域受压,隧道结构下部靠下盘区域受压,靠上盘区域受拉。在实际工程中,地铁隧道穿越地裂缝时,宜采用分段式隧道结构。     

地裂缝活动作用下城市立交桥地震易损性分析

城市立交桥等线型结构无法彻底避免地裂缝活动的影响.基于地裂缝场地上盘对地震动的放大效应,考虑地裂缝与桥梁结构的交角,得到结构非线性动力时程分析时的非一致地震动输入的上盘放大系数.地裂缝两侧的沉降差使得连续桥内力显著变化,导致桥墩的轴力增大且在地震作用下桥墩顶部的水平力增大.针对西安地裂缝场地与地裂缝活动特征,以三跨城市...     

汶川地震庙子坪特大桥主桥箱梁开裂震害分析

2008年汶川地震中庙子坪特大桥主桥箱梁开裂严重,并在两个端部（过渡墩处）有较大的横向残余位移。为深入了解主梁开裂震害原因,选取桥址附近台站实测的八条强震动记录及常用El Centro等波作为输入,考虑箱梁施工过程及初始应力影响,通过时程分析进行数值模拟并与实际震害比较。结果表明:不同地震波输入下得到的箱梁高应力区与实际开裂区吻合较好,预示箱梁开裂震害不属于偶然现象。箱梁在主墩处、边跨和中跨合龙段区域处的顶板,边跨1/6~1/2及中跨1/4~3/4区域处的腹板,边跨和中跨合龙段及其相邻2~3个节段处的底板,在地震中易出现高拉或压应力区。地震过程中估计纵向预应力筋应力增加接近100MPa,横桥向挡块破坏降低了跨中箱梁的拉和压应力,对箱梁开裂震害有一定减轻作用。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。     

隐伏地裂缝扩展引起分缝式隧道衬砌结构力学性状研究

隐伏地裂缝活动引起的地面与地下建筑物破坏问题较为突出。基于隐伏地裂缝地层中黄土结构损伤问题,将黄土结构损伤研究与数值分析方法结合,分析隐伏地裂缝活动引起的上覆地层渐进性破坏发展规律,研究隐伏地裂缝扩展引起的分缝式隧道衬砌结构力学性状。结果表明:隐伏地裂缝扩展过程中,地裂缝区域隧道衬砌结构错位位移远小于地裂缝自由场地地层错位位移。隐伏地裂缝从隧道仰拱底部扩展至地表过程,下盘第一节衬砌结构受拉破坏尤为突出。隐伏地裂缝引起分缝式衬砌结构受拉破坏是地裂缝区域隧道衬砌设计的关键问题之一,地裂缝处上盘与下盘第一节衬砌结构增加端部厚度与配筋率,需满足衬砌结构抗拉强度。     

地裂缝场地建筑结构动力响应特征及抗震设防研究

为研究地震作用下地裂缝场地建筑结构的动力响应特征,以西安地裂缝场地为研究背景,分别考虑独立基础、片筏基础、桩基础和桩筏基础上的框架结构,对结构峰值加速度、层间位移等动力响应特征及其影响因素和影响规律进行系统研究。研究结果表明：(1)地裂缝附近场地上的结构加速度响应和层间位移响应具有明显的放大效应,动力响应峰值随着距地裂缝距离的增大逐渐减小,最终趋于稳定,放大效应的影响范围约为24 m,此范围内的结构需提高抗震设防水平;(2)结构的峰值加速度随层高的增大而增大,整体呈现出“S”形,层间位移角随层高的增大先增大后减小,二者均表现出明显的“上盘效应”,即上盘结构响应强于下盘,且随着输入地震动强度的增大,上、下盘结构动力响应差异进一步扩大,上盘效应愈发显著;(3)片筏基础、桩基础和桩筏基础结构的加速度响应接近,而独立基础结构的加速度与前三者差异明显,但随着楼层的增大,基础形式对结构层间位移角的影响逐渐减弱;(4)上、下盘结构的峰值加速度、峰值位移大小及峰值出现的时间等存在一定差异,这是由于地震波经过地裂缝时发生复杂的反射和折射,结构受到非一致性激励造成的。     

结构参数对高低墩刚构连续梁桥体系地震响应的影响

地震作用下,相邻主梁间的碰撞会改变桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的动力响应。为了探究主桥结构形式、墩高、引桥跨数和伸缩缝间距等结构参数对伸缩缝处碰撞效应和桥梁结构地震响应的影响,以某实际桥梁为背景,考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座和桥墩的非线性行为,采用CSIBridge建立桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的有限元模型进行碰撞弹塑性动力分析。研究结果表明：不同主桥结构形式的主桥墩受力区别较大,相邻主桥墩高差较大时,选择连续梁桥结构体系更加合理。墩高增加使主引桥间动力差异增大,碰撞效应更加显著,仅对刚构墩受力影响较大。引桥跨数增多和伸缩缝间距增大分别使伸缩缝处碰撞效应增大和减小,碰撞抑制作用的增强和减弱也使得刚构墩内力和变形分别减小和增大,但对于其他桥墩基本无影响。     

行波效应对连续曲线箱梁桥地震反应的影响

对于目前在城市立交和高架桥建设中应用广泛的多跨连续曲线箱梁桥,不考虑地震动行波效应的影响已经不能满足工程抗震的需要。针对一座七跨连续曲线箱梁桥考虑行波效应时的地震反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立动力计算模型,研究了连续曲线箱梁桥的动力特性;并选取了E1 Centro地震动,考虑三种工况组合进行了多点激励与一致激励下的地震时程反应分析,给出了曲线箱梁和桥墩的内力、位移时程反应。结果表明:桥墩的刚度对连续曲线箱梁桥的动力特性影响较大,低阶频率和振型对桥墩变形的影响明显大于曲线箱梁;连续曲线箱梁桥在多点激励与一致激励下的地震反应差别较大。     

板式橡胶支座对斜交连续梁桥地震反应的影响

为充分了解板式橡胶支座对斜交连续梁桥地震反应的影响,利用OpenSees软件建立简化的斜交桥计算模型进行时程分析,研究板式橡胶支座摩擦滑移效应,以及支座动摩擦系数、剪切刚度、局部脱空等参数对斜交桥地震反应的影响。结果表明:板式橡胶支座考虑摩擦滑移后,不仅桥面位移和转角显著增大,而且出现残余位移和残余转角;随着支座剪切刚度的增大,桥面位移和转角均明显减小;随着桥墩处支座动摩擦系数的增大,桥面位移、转角均呈增长趋势,然而桥台处支座动摩擦系数的影响与之相反;桥墩处局部支座脱空对斜交桥的影响明显大于桥台支座。     

无缝桥抗震性能的对比研究

本文以一座三跨总长60 m的整体桥为案例桥,分别试设计了同跨径的半整体桥、延伸桥面板桥和常规连续梁桥。通过Midas/Civil软件建立四种桥型的有限元模型,并对其进行了E1和E2反应谱分析和时程分析,对比了四种桥型的结构反应峰值（墩顶位移、桥墩及桩基剪力与弯矩、台底位移、桥台桩基剪力与弯矩）。计算结果表明:当桥梁存在15°的斜交角,整体桥、半整体桥在地震动沿平行于桥台长边方向及其垂直方向输入时更不利,而延伸桥面板桥和常规连续梁桥在地震动沿顺桥向和横桥向输入时更不利。四种桥型在地震作用下:整体桥抗震性能最优异,但其台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最大;半整体桥台底位移、桥台桩基的剪力和弯矩最小,其墩顶位移、桥墩及桩基的剪力和弯矩仅比整体桥大;延伸桥面板桥和常规连续梁桥的墩-梁相对位移远大于整体桥和半整体桥,不适用于地震基本烈度高的区域。     

高架连续梁桥动力计算研究

箱形截面是大跨度连续梁桥优先采用的截面形式,选择合适的箱梁动力分析模型是正确进行高架连续梁桥动力计算的基础。根据桥梁工程中常用的梯形截面箱梁桥的结构特点,应用薄壁梁段有限元方法,考虑箱梁横向弯扭耦合、扭转变形、畸变、桥墩变形和盆式橡胶支座等对箱梁桥动力性能垢影响,提出了高架连续梯形截面箱梁桥的动力计算模型,对某大型高架连续箱梁桥的振动特性进行了计算,所得结果对了解该桥的动态特性、建立桥梁的健康档案具有重要作用。     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

车-桥-墩耦合系统演变随机振动分析

将梁简化为两端简支的欧拉-伯努利梁模型,桥墩简化为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励,建立了移动车辆系统-桥-墩的耦合力学分析模型。根据子结构方法和演变随机过程一般理论,并应用模态分析法对车-桥-墩耦合系统进行随机振动分析,推导得到了桥墩位移、桥墩轴力、梁竖向位移协方差函数和均方值响应的理论计算公式。通过数值算例,比较了跨中位移的确定性响应和跨中位移的均方根值响应,讨论了在不同桥墩高度、不同车辆移动速度、不同桥面等级下桥梁跨中竖向位移均方根、桥墩轴力均方根的变化规律。     

城市独柱墩桥梁结构体系非线性抗震研究

针对城市桥梁采用的独柱墩连续梁桥具有的缺点,提出了采用两跨T形刚构桥梁的结构形式。利用非线性时程分析方法,考虑钢筋混凝土桥墩材料的非线性,对两种桥梁结构在纵向地震动作用下的非线性地震反应行为进行了分析,得到了两种桥梁结构桥墩的弯矩、剪力、位移以及塑性铰转角时程。结果表明,在同一地震动作用下,T形刚构桥墩所受弯矩小于连续梁,所受剪力大于连续梁,桥墩塑性铰的转角远小于连续梁。因此,在同等损伤程度和保证桥墩抗剪能力的情况下,T形刚构比连续梁能够承受更强的地震。     

行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型.用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析.结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小.最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路.     

钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应影响分析

为揭示河谷场地"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"地震响应规律,以京昆高速公路"干海子特大桥"为工程背景,建立其三维有限元动力计算模型;采用有限元与间接边界积分方程耦合法(FEM-IBIEM耦合法)进行场地反应计算,并通过多点激励(改进LMM法)方式进行地震动输入,研究行波效应、局部场地效应对其地震响应影响,并和一致激励进行比较,结果表明:该类桥梁低墩较高墩对地震动更敏感,且在墩高突变区域最为明显;较一致激励和高墩和对应梁跨,行波效应增大其墩底轴力、跨中下弦杆和斜腹杆轴力,但减小其它量测值;低墩和对应梁跨,行波效应减小其墩底弯矩、墩顶位移和跨中位移;较一致激励和行波效应,局部场地效应显著增大了大多桥墩和梁跨的位移和内力,且对墩高突变处低墩、梁跨的放大作用最为明显,因此对于河谷场地中"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"抗震设计,特别是墩高突变区的低墩和梁跨,必须重点考虑局部场地效应的影响。     

地震作用下高墩连续T形梁桥梁端碰撞分析

针对高墩连续梁桥伸缩缝位置处的碰撞现象,建立考虑单边碰撞空间有限元简化分析模型,采用非线性时程分析方法研究了高墩连续梁桥伸缩缝处碰撞发生的规律.总结了梁端碰撞发生时各个桥墩、台位置处梁墩相对位移及墩底内力的变化规律,以及影响梁端碰撞的因素.研究成果对同类型桥梁抗震设计时具有一定的参考价值.     

基于FLAC3D数值模拟的清徐地裂缝与交城断裂成因关系研究

基于断裂力学理论,应用FLAC3D数值模拟方法对交城断裂活动时附近土体的变形特征进行模拟计算。计算结果表明:断层活动带动上覆土层差异沉降及应力场变化,当断层错动量达到一定程度,断层附近出现拉应力区,土体在拉张应力和自身重力作用下产生垂直差异形变,从而产生地裂缝。将数值模拟结果与方山探槽揭示的地裂缝剖面特征进行对比,二者结果相互印证,说明清徐地裂缝是交城断裂活动的结果,二者具有明显的对应关系,地裂缝为构造成因裂缝。数值模拟结果为研究断裂和地裂缝成因关系提供了佐证。     

强震下高墩大跨刚构桥箱梁开裂及地震反应分析

刚构桥主梁设计时一般不考虑地震荷载,因主梁与桥墩为固结形式,实际上主梁会参与承担水平和竖向地震作用。2008年汶川地震中百米高墩的庙子坪大桥主桥为3跨连续刚构桥,出现了箱梁严重开裂等震害。为研究高墩大跨刚构桥箱梁开裂及其地震反应情况,以包括庙子坪大桥主桥在内的3座不同墩高、不同跨径的刚构桥为例,建立从施工阶段到最终成桥全过程分析模型,输入汶川地震等强震记录,接续主梁初始应力进行时程分析。结果表明:在强地震下边跨和中跨合龙段区域处顶板、底板拉压应力较大,边跨1/5～2/5区域及跨中1/4～3/4区域处腹板的主拉、主压应力也较高,局部区域已超出混凝土抗拉强度标准值,易于开裂。墩高对刚构桥的主梁的应力影响最大,跨度其次,主墩越高,跨度越大,主梁的(主)拉、(主)压应力越大。主梁开裂发生时,支座存在破坏可能,桥墩墩底也易开裂及可能屈服,这些与庙子坪大桥主桥震害情况相符。     

西安地裂缝场地动力响应规律及影响因素分析

在地裂缝密集分布的西安地区,建筑"傍缝而建"的现象非常普遍,地裂缝的存在严重制约了城市建设用地的有效利用和规划。为研究地裂缝对场地动力响应的影响,分析地震动作用下地裂缝场地动力响应规律及其影响范围,以西安地裂缝为研究对象,基于室内振动台试验及FLAC~(3D)数值模拟,分析地裂缝场地动力响应中的加速度幅值动力响应特征。在此基础上,进一步分析不同地震波类型、地裂缝破裂面倾角、地震动强度、地裂缝两侧土层错距对地裂缝场地动力响应的影响。研究表明:地裂缝对场地动力响应影响明显,表现为地裂缝一定范围内峰值加速度呈"带状"分布,即地裂缝处峰值加速度最大,随着距地裂缝越来越远,峰值加速度逐渐减小后趋于稳定,带状分布范围上盘约30 m,下盘约20 m;地裂缝场地动力响应表现出明显的"上盘效应",即上盘峰值加速度略大于下盘;地震动强度对地裂缝场地动力响应影响明显,地裂缝倾角、地裂缝两侧土层错距、地震波对地裂缝场地动力响应均无明显影响