地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

不同类型地震波作用下一体化车站结构地震响应分析

为了研究不同类型地震波作用下一体化地铁车站结构地震响应特性,基于ABAQUS软件建立地铁地下车站-土-地上建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,利用典型的近、远场地震动记录,计算分析城市轨道交通枢纽一体化结构在不同地震动类型作用下的地震响应规律.结果表明:土-一体化结构体系与自由场地各阶自振频率较为接近,一体化结构的存在对场地土动力特性的影响较小,从工程的角度看可忽略不计;在土-一体化结构体系基频附近能量分布相对集中的地震波能够对一体化地铁车站结构的地震响应产生显著的影响;一体化地铁车站结构具有明显的空间效应,不同区域之间的地震反应差异明显,应该按照空间问题进行一体化地铁车站结构的抗震计算.研究成果对该类结构的抗震设计与分析具有一定的参考意义.     

爆破地震波的分形机制

为深入研究爆破地震波的分形特性,采用分形理论中的盒维数方法,针对爆破地震信号的传播规律和特征,建立了其分形盒维数模型,结合在岩石场地进行深孔爆破的试验数据,计算了爆破震动信号的分形盒维数值D.通过分析D的数理意义及其与场地介质特性的关系,探讨了爆破地震波分形的物理力学机制.研究表明,爆破地震信号D能够反映爆破地震波传递介质岩石性质的特征信息,可作为描述爆破地震信号一个新的重要参量,为建立更加有效的爆破震动响应预测模型奠定了基础.     

考虑地震方向性的高耸RC烟囱结构易损性分析

选用240 m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立了相应的非线性有限元分析模型.为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择了20条合理的地震动记录,进行增量动力分析.分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,通过增量动力分析将三维地震动以7种不同入射角度作用于结构并获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算结构的易损性.通过钢筋和混凝土的材料应变定义了4个损伤状态限值,最终得到了考虑地震方向性的高耸钢筋混凝土烟囱结构地震易损性曲线.研究结果表明,考虑地震方向性后,当PGA小于0.2g时,该烟囱的最不利地震波输入角度大约在75°~90°左右,结构完全损伤概率大约增大了1.5%;当PGA大于0.2g时,该烟囱的最不利地震波输入角度在45°左右,结构完全损伤概率大约增大了2.4%.     

断层破碎带相对位置影响下隧道的地震响应分析

依据地震波衰减效应确定模型的动力加载方式,将计算得到的地震波输入到能够考虑隧道与断层不同相对位置的典型数值模型中,研究断层破碎带影响下隧道结构的地震动力响应规律。研究结果表明:隧道与断层破碎带的相对位置关系对震害程度影响显著;隧道位于断层上盘时,地震动力响应比相交或位于下盘的情况剧烈;地震破坏主要发生在边墙肩部和角部位置,且断层破碎带与地震作用方向的夹角较小时,隧道结构的动力损伤较严重。     

基于实测爆破地震波下的铁路特大桥桥墩动力影响研究

为研究爆破地震波下大跨度桥梁结构的动力学响应问题,以黑岱沟露天矿附近的酸刺沟大桥为背景,对其爆破振动下桥墩进行了振动监测,建立该桥单墩的数值计算模型,应用ANSYS和LS-DYNA软件对桥墩结构自振特性和动力响应进行了数值模拟. 研究结果表明:在输入爆破地震波主频范围为2～5 Hz时,2 Hz爆破地震波对应桥墩响应最明显,地震波峰值振速达到8.71 cm/s时桥墩出现损伤,损伤位置为墩身空心壁偏底部,保证桥墩安全的比例距离为5.79.      

长周期地震动下框架-剪力墙结构隔减震改造

长周期地震作用是一种特殊的地震动,框架-剪力墙抗震结构在长周期地震动下的响应与普通地震动下的响应明显不同.运用ETABS建立11层框架-剪力墙抗震结构及3种改造结构(即基础隔震结构、层间隔震结构及阻尼减震结构),分别输入远场类谐和长周期地震波、近断层脉冲型地震波和普通地震波3种不同性质的地震波进行罕遇地震下的非线性时程分析.结果表明:4种结构在长周期地震动下的地震响应明显,框架-剪力墙抗震结构的响应最大;长周期地震下,采用基础隔震结构、层间隔震结构和阻尼减震结构进行改造后的地震响应减小,受长周期地震动影响区域的框架-剪力墙抗震结构可以运用基础隔震结构、层间隔震结构和阻尼减震结构进行改造;采用基础隔震结构和层间隔震结构进行改造后的减震效果优于运用阻尼减震结构进行改造.     

远场大震对深厚覆盖土层地基上超高层建筑物的影响分析

建造在深厚覆盖土层上的超高层建筑往往受到远场大震的影响较大。为了探讨这一现象产生的原因,从远场地震记录特征及超高层建筑自身的动力特性进行了分析。通过汶川地震时西安远场记录,结合西安地区的地质构造情况,分析远场地震动特征,并对一幢超高层建筑进行远场地震反应分析,研究远场大震对这类长周期建筑物的影响。通过对地震记录的频谱分析可知:①远场地震具有相对较小的加速度峰值、超长的持时以及丰富的长周期成分;②远场地震动的卓越频率小于El Centro记录,远场地震动优势频率段远小于El Centro记录。通过时程分析可知:在地震动峰值相似的情况下,远场地震对超高层建筑的动力响应远大于El Centro记录。深厚覆盖土层上超高层建筑自振周期较长,易与远场大震的长周期成分接近而发生共振,其响应与一般地震不同,进行抗震设计时,应对遭遇远场地震的情况予以重视。     

周边建筑物爆破地震波响应下的稳定性分析

随着爆破技术在城乡建设中的大量应用,爆破震动对建筑物构成的危害也越来越受到关注。本文运用ANSYS里的谱分析方法,通过模态扩展和模态叠加并结合爆破震动反应谱,计算建筑物结构响应的大小和影响程度。在一定程度上说明了建筑物对爆破地震波的响应特点,且通过不同的方法对建筑物受地震波影响进行模拟,具有一定的可信度,可以用于实际工程的参考。     

影响大跨悬索桥地震响应的敏感因素

以四渡河悬索桥为研究对象,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的空间动力计算模型,推导了基于Leger的大质量法（LMM）和基于拟静力位移概念的多支承激励下的非线性运动方程,在此基础上对该桥的地震反应进行了空间非线性时程分析,研究了土-桩-桥相互作用和中央扣设置方式对大跨悬索桥地震响应的影响．结果表明：土-桩-桥相互作用对悬索桥地震响应的影响与地震动输入方式密切相关,受水平地震波影响较大,而受竖向地震波的影响很小;一对柔性中央扣对加劲梁的纵桥向位移和应力响应均产生不利的影响,而刚性中央扣和3对柔性中央扣对限制加劲梁的纵桥向位移的作用显著,但是由此导致了结构地震应力响应的显著增加．     

隧道爆破地震波作用下砌体建筑物振动响应分析

为研究隧道爆破地震波作用下砌体建筑物的振动响应,以青岛地铁3号线下穿某砌体建筑物爆破施工为背景,通过现场爆破振动监测和有限元数值模拟,对砌体结构的爆破振动速度和主振频率随楼层的变化规律进行研究。结合数值计算,进一步分析隧道埋深、单段最大装药量,装药结构等不同因素下砌体建筑物的振动响应。分析表明:在隧道爆破地震波作用下砌体结构在垂直方向的振动响应强度明显大于水平方向,并且存在一定的高程放大效应,在爆破施工时应加强对砌体结构顶层的防护;隧道下穿砌体建筑物施工时,爆破地震波的主频率主要集中在10～60 Hz内,建筑物自振频率则大多为3.0～3.5 Hz,该砌体建筑物与爆破地震波较难发生共振;砌体结构动力响应强度随着不耦合系数的增加而逐渐降低,随单段最大装药量增加近似呈线性关系,改变装药结构及控制单段最大装药量是控制爆破振动的有效措施;爆破振动速度对隧道的埋深响应敏感,在数值上出现数量级的变化。通过对多层砌体结构振动响应分析,有利于不断提高与完善现有的爆破技术与减振措施。     

圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析

首先推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制了相应的计算程序,然后重点对圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构进行几何非线性地震响应时程分析．针对主体结构单独承载及子结构参与协同承载两种情况,分析了立体桁架拱内关键节点及关键杆件的地震响应时程曲线,了解了结构基本地震响应时程特性;进行了不同方向地震波作用时程对比分析,论证了该结构抗震验算需考虑三维地震作用;最后将振型分解反应谱法与时程法结果进行了对比分析,说明了对于该结构,反应谱法可用作初步的抗震分析,但最终必须用时程法进行验算．     

工程爆破中的建筑物振动监测

首先就工程爆破施工中建筑物的振动监测问题进行了较为全面的介绍,从振动速度、频率、地基土壤性质等方面分析了爆破地震波引起结构物破坏的原因,并结合工程实例,就结构物的振动数据采集提出了见解.研究认为,建筑物的安全阈值应根据结构最易发生破坏的部位所采集的数据为标准来进行判断,而不是根据结构物地面所采集的数据来确定.     

露天-地下联合开采中洞室群动力响应分析

利用FLAC3D软件模拟了露天爆破荷载作用下地下洞室群的动态响应.采用IDTS3850测试仪实测爆破振动数据,利用萨道夫斯基经验公式计算在最大装药量和最短爆心距情况下的爆破振动参数;将速度时程转换为应力时程,并利用FLAC3D内置的Fish函数,通过在边界节点或内部节点上输入动力荷载时程来实现动力加载,然后从塑性区、位移和应力方面对动力模拟和静力分析结果进行比较,得出动力荷载对洞室群稳定性的影响状况.研究表明:爆破振动会加大洞室群的竖直位移,尤其是洞室间交叉区域的位移;施加动力荷载后,对静力作用下所产生的应力集中有一定的卸荷作用,还会增大洞室壁的片帮,但不会使洞室群整体破坏.     

基于FLAC3D对爆破振动下某土坝的安全振速预测

在大量现场爆破振动监测的基础上,对速度信号进行分析,近似得到了坝体的黏滞阻尼比,基于坝体动力响应特征通过FLAC3D建立了某土石坝的2维模型。基于土体力学参数计算简化得到了坝基瑞利波分布函数,确定了使坝体发生最大响应的振动信号主频为2。00Hz,通过加大最不利地震波振幅,计算得到使坝体破坏的速度阈值为16cm/s,以此阈值作为土坝安全振速,可有效保证坝体的结构安全。      

围护墙多功能减震结构的地震反应频响分析

围护墙多功能减震结构是一种新型减震结构,具有调频质量减震和阻尼耗能减震等多种耗能减震功能。为了研究此减震结构在地震作用下的响应特性,本文建立了减震结构在地震作用下的动力方程,推导了减震结构地震响应的传递函数、频谱密度,得到主要影响参数对该结构减震效果的影响,并采用模拟地震振动台进行普通框架结构和此结构的对比验证,通过加速度(位移)功率谱密度和加速度(位移)频响幅值反映出各设置工况下的减震规律。结果显示,与普通框架结构相比,该结构的功率谱密度和频响幅值均有不同程度的减小,减震幅度最大可达39.97%,表明该结构体系在地震波作用下具有很好的减震效果,并在参数设置合理的情况下,减震效果更佳。     

近间距隧道爆破地震效应的试验研究

为了解决层状岩体中采用钻爆法修建近距离双线隧道的爆破影响问题,基于现场试验,总结了爆破衰减规律.试验结果表明,新建隧道爆破时,振动速度随着与爆源距离的增大成非线性减小;振动速度具有很强的方向效应,迎爆面径向振动速度均大于切向振动,径向振动速度对既有隧道和新建隧道围岩的损伤起主导作用;采用上下台阶开挖时,上台阶爆破冲击波对既有隧道的影响比下台阶显著.根据萨道夫斯基回归公式给出了距爆源不同距离的单段最大装药量.将爆破对新建隧道本身围岩的损伤破坏和对相邻隧道的影响结合起来综合考虑,对层状岩体中隧道爆破参数进行了优化.     

黄土场地中桩—土动力相互作用机理及地震响应规律研究

为研究黄土地区桩-土相互作用机理及其对结构地震响应规律的影响,根据黄土非线性动力本构关系,构建可考虑桩-土界面滑移、分离和碰撞的简化理论模型,推导出理论模型中各特征指标的计算公式。结合桩-土动力相互作用基本原理,推导建立了桩-土-结构动力体系运动方程,对考虑桩-土相互作用和不考虑桩-土相互作用的黄土场地独柱式桥墩进行了地震响应分析。结果表明:桩-土相互作用力学模型正确与否是准确分析结构动力响应的关键;桩-土相互作用能够降低结构自振周期,改变结构动力特征,使得结构对低频地震波具有更高的敏感性,从而影响结构动力响应规律;桩-土相互作用也降低了结构抗侧移刚度,从而导致结构发生较大的位移响应,但同时也增强了结构的抗震消能能力。