埋深对地下管道抗震设计的影响

埋深是影响地下管道在地震波作用下变形的一个重要因素,土体位移和位移传递系数随埋深的变化而变化。根据已有规范,并结合实验数据研究埋深对地震波作用下埋地管道变形的影响,得出浅埋管道管-土间位移传递系数的范围及其与埋深和单位面积抗力的关系,完善了供水管网的抗震设计理论。     

考虑土结相互作用的逆断层作用下埋地管道性能离心机试验

埋地管道地震作用下的破坏因素源于地震引起的永久地面变形(PGD),其中管道-土体间相互作用决定土体位移作用到管体的大小。利用离心机试验技术模拟埋地管道在逆断层大位移下的反应特性,重点讨论断层与管道的交角、断层位移大小、管土相互作用、管径和埋深五个参数对管道破坏的影响水平。实验结果表明:上述参数对管道断层作用的反应均有明显影响,其中断层的位移量、管土相互作用、埋深和管径的影响更为显著。本文的研究结果对于管道经过断层区的抗震设计有十分重要的意义。     

地铁车站的强地震反应分析及设计地震动参数研究

进行了地铁地下车站的地震反应分析,探讨了地铁车站地震反应的主要影响因素,介绍了地面与基岩间峰值相对位移的确定及其在地下结构抗震设计中的应用,初步研究了地铁车站埋深对结构地震反应的影响。分析结果表明,地震引起的地基变形是影响地下结构动力反应的决定性因素,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间近似存在简单的线性关系;相对于设计基本地震加速度,地面与基岩间峰值相对位移(PGRD)对于地下结构抗震分析及设计是一种更为合理的设计地震动参数。     

基于位移角的弯曲破坏RC抗震墙约束箍筋设计法

研究表明,我国抗震规范中的钢筋混凝土抗震墙约束箍筋设计法无法量化位移角能力,使同一抗震等级下能达到的位移角不平衡。为了克服规范中的不足,提出了基于钢筋拉断破坏和混凝土压溃破坏两种破坏下基于量化位移角指标的约束箍筋设计法。基于该方法评估了现行中国规范不同抗震等级的剪力墙具有的位移角变形能力,结果表明中国规范在抗震等级为一级(9度)、一级(6、7、8度)、二三级时的位移角平均值分别在0.009、0.007、0.005左右。将以上3数据定量为中国规范三个抗震等级下的位移角设计指标,并利用本文提出的基于位移角的设计法对中国规范定性的基于轴压比设计法修改成定量的基于目标位移角设计法,量化了不同抗震等级的位移角能力,且克服了同一抗震等级时位移角不平衡的不合理性。     

基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法

对地下结构抗震Pushover分析方法进行了改进,采用自由场局部变形峰值作为目标位移,局部变形峰值时刻对应的土层水平加速度作为等效惯性加速度输入。给出了局部变形峰值和等效惯性加速度确定方式,详细介绍了基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法实施步骤、使用方法和功能特点。该方法更有针对性地考虑了强地震作用下不同埋深地下结构与土体的非线性特征以及两者之间的相互作用,通过分析变形和受力情况可以得到完整的能力曲线,更好地评估地下结构抗震性能。使用本文方法对3种埋深的地下结构进行计算,并与动力非线性分析结果进行对比研究。结果表明:本方法在计算稳定性和模拟精度方面优于基于自由场整体变形的Pushover方法;对于不同的输入地震波,能力曲线的吻合程度更高;在强震和罕遇地震情况下,对于深埋地下结构,计算结果略大于动力非线性结果,对实际工程而言更加安全。     

高轴压比足尺钢筋混凝土短柱抗震性能研究

利用40000kN的大型加载设备,对2个截面边长为500mm×500mm的高轴压比钢筋混凝土足尺短柱进行了水平荷载作用下的单调和反复加载试验,研究其破坏形态、滞回特性、变形和耗能能力等抗震性能。结果表明:对于反复加载和单调加载的短柱,分别在6Δy和9Δy之前以弯曲变形为主,而在其之后则以剪切变形为主,最终分别在8Δy和18Δy时发生了脆性剪切破坏;极限位移时,弯曲变形引起的柱端位移约占总位移的75%;峰值荷载时,P-Δ效应引起的弯矩占总弯矩的3.24%,对短柱的水平承载力影响较小,进行构件的弹性分析时可不予考虑;构件具有较强的耗能能力和变形能力,具有良好的抗震性能。     

地震波作用下的埋地燃气管道动力响应研究

埋地管道是现代城市的重要生命线工程,因其埋于地下,一旦遭遇地震,管道就有可能发生破坏,导致燃气泄露,可能引发火灾、爆炸等次生灾害,对人们的生命和财产造成严重威胁,因此,如何提高埋地燃气管道的抗震性能,是当前需要迫切解决的问题.认为在管道轴向上和横向上均与土体之间存在相对位移,结合拟静力法进行了地震波作用下埋地管道的动力...     

液化场地下埋地管道上浮反应影响因素分析

液化场地下埋地管道上浮反应是管道破坏的主要原因,避免因上浮造成的管道破坏,是城市地下生命线工程建设中急需解决的问题。利用ADINA有限元分析软件,建立了液化场地下埋地管道上浮反应的管土接触-土弹簧分析模型。考虑了非液化区的管土接触作用和液化土的非线性约束作用,对埋地管道的上浮位移及轴向应力进行了分析,探讨了管道自身以及液化土的一些参数对埋地管道上浮反应的影响。结果表明:管径、液化土密度,液化区长度越大,埋深、壁厚越小,管道的变形越大,破坏越严重,并给出了几点工程建议。     

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。     

跨断层水泥管试验的有限元分析

在考虑管道的材料非线性和几何非线性、管土相互作用的非线性和管道接口非线性的基础上,建立了由管体梁单元、三向土弹簧单元和接口单元组成的埋地非连续管道在断层位移作用下的有限元模型,并以美国密歇根大学Junhee等(2010)所做的跨断层水泥管试验为原型进行了模拟分析。有限元结果给出的水泥管最终变形、接口转角、接口位移与实验结果基本一致,表明本文提出的跨断层埋地非连续管道抗震计算的有限元分析方法具有一定的合理性。有限元结果和试验结果都表明,在逆冲断层作用下,水泥管的破坏主要是因为在管道接口处的轴向压力和弯矩的耦合作用,在断层附近的管道接口承受了较大的转动和压缩位移。本文所提出的分析方法可推广到埋地非连续管道在其它永久地面变形作用下的有限元分析。     

强震作用下跨断层管道柔性接口抗震加固研究

强烈地震引起的地面永久性大变形是导致埋地供水管线损坏的主要威胁之一。该研究借鉴链式结构的设计思想,基于传统承插式管道接口形式,研发了一种新型管道抗震接口,其可支持一定的轴向伸缩自由变形。当接口变形量达至极限状态时,接口发生自锁现象并能提供较高的抗拉承载力,进而带动相邻管道滑移,以抵消断层错动引起的变形量。针对新型抗震接口开展了轴向力学性能试验,并建立了跨断层下的管线数值模型;同时,数值结果与相关全尺寸试验进行对比验证。该研究以土体压实条件和断层穿越管道位置作为关键变量,研究了加固前后断层错动下承插式管道的力学响应。研究结果表明：提出的抗震接口能够有效地提高管道抵抗地面大变形能力,并且提高接口的轴向抗拉拔能力是提升管道抗断层错动能力的关键;对于松砂土跨断层下的承插式管道接口震损较为严重;断层穿越管道不同的位置会造成不同的接口变形规律;国内规范中管道接口的转角限值过于保守,不利于对跨断层承插式管道安全性能进行合理验算。     

典型综合管廊体系的地震响应分析

为了深入分析地震作用下综合管廊体系的安全性,通过数值模拟试算分析,建立了合理的综合管廊体系三维有限元模型,选取了7条不同频谱特性的天然地震动作为输入,进行了典型综合管廊体系地震响应分析,研究了综合管廊结构及其内部管道的响应特征,并简要评价了其抗震性能。结果表明,地震作用下,综合管廊变形基本与周围土层一致,侧壁与底板连接部位为损伤最大位置,而综合管廊内管道,与传统直埋管道相比,其地震应力响应大为降低。因此在设计时,应重点考虑综合管廊本身的抗震问题。     

中国规范钢筋混凝土抗震墙延性和位移角的量化研究

分析了中国、美国、新西兰规范三种不同钢筋混凝土剪力墙约束箍筋设计方法的内在机理,讨论了三国规范存在的问题。结果表明,中国规范仅按照轴压比判断是否加约束箍筋的设计方法不合理,使同一抗震等级剪力墙的位移和延性指标不平衡。美国和新西兰规范是基于位移和延性的设计方法,但其没有考虑剪力墙钢筋拉断的受拉破坏,导致混凝土高度很小时高估了位移和延性能力,而实际位移和延性不能满足要求。提出了基于修正后的美新规范位移角和延性计算方法,评估了现行中国规范不同的抗震等级、烈度下剪力墙具有的位移和延性能力。按照中国规范设计剪跨比为4的剪力墙在抗震等级为一级(9度)、一级(6、7、8度)、二三级时,延性指标平均值分别能达到5.1、3.6和2.6,位移角指标能达到1/81、1/129和1/175。     

地下RC结构物地震响应特征土工离心试验的模拟

地下结构物抗震稳定性的研究具有重要实际意义。基于动态土工离心试验,应用有效应力法分析了不同水平地震作用下土层和地下RC结构物的最大水平位移、不同埋深的土层加速度和超孔隙水压力变化规律,以及结构物的破坏发展特征,并进一步与试验结果进行了相互验证和对比,取得了较好效果,为重要地下结构物的抗震设计提供了依据和参考。     

地下管道的震害特征与研究概述

回顾了几次大地震中地大管道(主要指输油(气)、输水管道)的震害现象，分析了地震对地下管道破坏的主要影响因素，归纳了从大地震中得到的认识与启示。介绍了地下管道震害方面的相关研究情况，重点提出地面大位移时地下管线的两类屈曲变形、断层运动对管道屈曲变形的影响、砂土液化对管道的上浮作用等研究难点。针对地下管道的震害特征，介绍并评述了地下管道的主要抗震对策与措施。     

地下预制管廊纵断面抗震设计的反应位移法

基于横断面反应位移法的基本原理,提出了地下预制管廊纵断面抗震设计的一个反应位移法。通过对地下管廊在地震作用下发生沿纵断面层间变形时的地震响应进行研究,将地下管廊对应土体发生最大相对位移时刻作为最不利时刻,并将该时刻的土体地震响应施加于管廊作为地震作用输入。文中采用该方法研究了地震作用下单层和双层地下预制管廊的纵断面抗震性能。结果表明,地下预制管廊结构沿纵断面发生层间变形时,可能发生较为严重的受拉损伤,且受拉损伤严重区域大多出现在侧墙和中隔板位置处,抗震设计时可考虑加强侧墙和中隔板位置处的配筋。研究方法对地下预制管廊纵断面抗震设计具有参考价值。     

地下结构地震反应分析拟静力法与动力非线性时程法的比较

以典型的两层三跨地铁地下车站结构为研究对象,采用基于自由场位移场频域等效线性分析结果的反应位移法和反应加速度法分析地下结构的地震弯矩,并与基于ABAQUS软件的地下结构地震反应非线性时程分析的计算结果进行了比较,对比了不同地震动强度、结构刚度及顶板埋深对地下结构地震弯矩的影响。结果表明:输入地震动强度越大,拟静力法与动力非线性时程法计算结果之间的差异越大;地下结构刚度越大,两者之间的差异也越大;中等强度的地震动作用时,相对于动力非线性时程法的计算结果,浅埋结构的拟静力法结果偏大,深埋结构的拟静力法计算结果偏小;反应位移法和反应加速度法的计算结果差异很小。该研究结果对地下结构抗震设计方法的比选具有一定的指导意义。     

管土相互作用下埋地管道的抗震性能研究

管土相互作用是影响埋地管道抗震性能的关键因素之一，分析管土相互作用是城市地下管道建设中面临的突出问题。在应用ADINA软件实现地下管道与土体融合有限元建模的基础上，通过定义管土接触来设定管土相互作用；介绍了管土接触设定、地震荷载加载时间函数、模型参数选择与求解步骤，并依据所建模型计算了埋地管道的变形和应力分布。根据计算结果，分析了管土相互作用对埋地管道抗震性能的影响，并给出了几点工程建议。     

施工缝对框架结构抗震性能影响的数值分析

为研究施工缝对框架结构抗震性能的影响,利用提出的施工缝模型,基于OPENSEES平台建模进行静力非线性分析和非线性动力时程分析。通过对比整浇框架与带缝框架的顶点最大位移、层间位移角、塑性铰出现和分布规律等明确施工缝对框架结构的抗震性能的影响程度。结果表明,施工缝使框架结构的变形和层间位移角显著增大,并且使8、9度区框架结构的层间位移角分布发生改变;施工缝使柱端更易出现塑性铰,更易发生"强梁弱柱"的破坏模式;在高烈度区,施工缝的影响比较显著,如果忽略其影响,将会高估框架结构的抗震性能。     

地震作用下可液化场地管道上浮动力响应及影响因素分析

地震作用下土体发生液化之后,由于超静孔隙水压力的产生和土体抗剪强度的降低,管道易发生上浮破坏。为研究管道上浮动力反应的影响因素,基于OpenSees有限元软件,通过目标反应谱和谱匹配等方法选取地震波,考虑不同管土特性和地震动特性,对地震作用下管道上浮动力反应进行了二维数值模拟。结果表明:土体相对密度、管径和管道埋深对管道上浮反应的影响较大,分别给出了土体相对密度、管径、管道埋深对管道上浮位移的影响规律及对应拟合公式;长持时地震动作用下,超静孔隙水压力消散较慢,管道上浮位移可达短持时地震动作用下管道上浮位移的2倍左右;近断层脉冲地震动作用下,管道上浮破坏和横向破坏两种破坏模式同时存在,且由于速度脉冲效应,管道横向破坏风险大于上浮破坏风险。