断层走向对隧道地震响应影响的振动台试验研究

为探讨不同断层走向下隧道在地震作用时的响应规律及破坏机理,开展了振动台模型试验及数值分析,研究了隧道的加速度反应、动应变及围岩动土压力的变化规律和隧道的动态破坏形态。分析结果表明:地震下隧道衬砌将受较大的拉、压作用,尤其穿越断层处隧道衬砌张拉裂缝分布数量多、复杂,多集中于拱脚、拱肩和仰拱;隧道各部位的加速度和动应变的时程变化规律与输入的地震加速度时程曲线基本保持一致,说明隧道在地震过程中保持整体运动性,但断层对地震动力反应具有一定的放大效应,且随着断层走向与隧道夹角减小而更加明显;动土压力伴随地震荷载作用呈现动力时程变化规律,动土压力幅值整体呈"两侧大、顶底小"的规律,且断层走向对隧道动土压力影响较大。研究结果可为隧道的抗震设计和施工提供参考,具有重要的实际工程意义。     

断层走向对隧道地震响应影响的振动台试验研究EI北大核心CSCD

为探讨不同断层走向下隧道在地震作用时的响应规律及破坏机理,开展了振动台模型试验及数值分析,研究了隧道的加速度反应、动应变及围岩动土压力的变化规律和隧道的动态破坏形态。分析结果表明:地震下隧道衬砌将受较大的拉、压作用,尤其穿越断层处隧道衬砌张拉裂缝分布数量多、复杂,多集中于拱脚、拱肩和仰拱;隧道各部位的加速度和动应变的时程变化规律与输入的地震加速度时程曲线基本保持一致,说明隧道在地震过程中保持整体运动性,但断层对地震动力反应具有一定的放大效应,且随着断层走向与隧道夹角减小而更加明显;动土压力伴随地震荷载作用呈现动力时程变化规律,动土压力幅值整体呈"两侧大、顶底小"的规律,且断层走向对隧道动土压力影响较大。研究结果可为隧道的抗震设计和施工提供参考,具有重要的实际工程意义。     

碰撞对高铁简支桥梁横向地震响应影响的振动台试验研究

地震所导致的碰撞是影响桥梁结构地震响应的一个重要因素。该文以32 m标准跨径高铁简支梁桥为研究对象,按1/6缩尺比设计及制作了单跨桥梁振动台试验模型,并针对以往点-面接触碰撞测力装置不能真实反映原型结构碰撞接触形式的不足,设计了一种新型面-面接触的碰撞测力装置。通过振动台试验研究了桥梁模型在地震激励下的横向碰撞效应,并通过快速傅里叶变换（FFT）从频域角度分析了碰撞对桥梁结构横向地震响应的影响。结果表明：新型测力装置能够较为准确地测得挡块与垫石之间的碰撞力时程;挡块与垫石间的碰撞限制了墩梁间的横向相对位移的发展,但会放大桥墩墩底弯矩响应和梁体加速度响应。在不考虑挡块时,桥梁结构的地震响应功率谱在低频区（结构基频附近）具有较高的幅值,即地震响应主要受结构基频控制;而在设置挡块后,碰撞改变了地震响应的频率分布,在高频区的功率谱幅值明显增大。     

不同地震分量对岸桥动力响应影响的振动台试验研究

在岸桥的地震研究中,地震激励可以分解为空间坐标系中三个相互垂直的分量。结合地震灾害与岸桥结构的自身特性分析,并通过有限元仿真计算确定沿大梁方向水平地震分量(X向)对岸桥结构地震响应的影响最大。以此为基础提出地震输入简化方式,即在后续的仿真计算与模型试验中只需输入X向地震激励。最后进行相似模型振动台地震模拟试验验证,试验结果表明,在岸桥地震研究中采用所提出的地震输入简化模型是可行的。     

不同地震分量对岸桥动力响应影响的振动台试验研究

在岸桥的地震研究中，地震激励可以分为空间坐标系中三个相互垂直的分量。结合地震灾害与岸桥结构的自身特性分析，并通过有限元仿真计算确定沿大梁方向水平地震分量（X向）对岸桥结构地震响应的影响最大。以此为基础提出地震输入简化方式，即在后续的仿真计算与模型试验中只用输入X向地震激励，最后进行了相似模型振动台地震模拟试验验证，试验结果表明，在岸桥地震研究中采用文章所提的地震输入简化模型是可行的。     

可液化砂土中单桩地震响应的振动台试验研究

通过小型振动台动力模型试验,观测了饱和砂土中桩—土—结构（PSSI）在模拟地震力作用下的动力响应。研究结果表明：超静孔隙水压力在振动过程中不断增长,不同深度的土层均达到液化,并且离土面越近越先达到液化;土层的液化伴随着桩侧摩阻力的大大减弱,上部结构物的大部分荷载由桩底较硬持力层土承担,桩基的竖向承载力降低,上部结构的沉降量加大。同时在地震力的作用下PSSI效应加大了底层上部结构的地震反应。本研究加深了对饱和砂土在地震力作用下PSSI效应的理解,有助于建立或优化可液化土中桩基抗震设计方法。     

可液化砂土中群桩基础地震响应的振动台试验研究

为研究可液化砂土地基中桩基体系在地震力作用下的动力特性,进行室内振动台天然地基、3D、3.5D、4D桩间距桩基加固地基四种工况模型试验。通过布设传感器对各工况下特定深度的初始有效应力、振动过程中超静孔隙水压力时程、沉降时程进行测定,对桩基加固地基振动前后竖向承载力进行分析。结果表明,桩基加固后的地基土发生液化滞后于天然地基,且桩间距为3D、3.5D的加固地基提高抗液化强度较明显。随桩间距的加大,提高程度会减弱;据不同工况振动过程中发生的最大沉降量,3D桩间距加固的桩基竖向动承载力较高;模拟地震力振动达稳定后桩基的竖向承载力均高于振动前同工况竖向承载力。试验分析可对饱和砂土在地震力作用下PSSI效应进一步理解, 为桩基优化设计提供参考。     

立体交叉隧道结构地震动力响应特性及其相互影响规律振动台试验及数值仿真研究

针对立体交叉隧道结构地震动力响应特性及相互影响规律等问题,在三向El地震波作用下完成了3种地震烈度、6个工况的交叉隧道振动台试验。试验结果表明:地震烈度越高,隧道各特征点的地震加速度、环向应变越大,在Ⅸ度三向El波作用下,沿上跨隧道墙脚轴线方向,交叉中心断面处最大地震加速度比普通断面(受相邻隧道影响小)小,而轴向应变比普通断面大,沿下穿隧道拱腰轴线方向,交叉中心断面处最大加速度比普通断面大,而最大轴向应变比普通断面小。通过建立三维数值模型与试验结果进行了相互验证,数值计算表明:在Ⅸ度三向El波作用下,沿上跨隧道轴向,交叉中心断面处各特征点σ_1、σ_3及主震方向位移最大值均比普通断面大,沿下穿隧道轴向,交叉中心断面处各特征点σ_1、σ_3及主震方向位移最大值均比普通断面小。     

空间小净距交叉隧道动力响应振动台试验研究

为研究空间小净距交叉隧道在地震荷载作用下的动力响应,开展了相似比为1∶50的振动台模型试验,设计并加载了5种工况水平向El-Centro地震波,通过采集的试验数据对隧道动应变响应进行了分析,并对交叉段及非交叉段围岩的加速度响应进行了对比研究,在此基础上使用反应谱理论对其动力特性与地震动之间的关系进行探讨。试验结果表明：上跨隧道的应变峰值均大于下穿隧道,同时上跨隧道的存在及围岩的挤密效应减弱了地震波对于下穿隧道的冲击作用;地震荷载作用下空间交叉隧道的动力响应具有一定的“滞后性”,上跨隧道的震害破坏出现时间较早且更为严重;围岩内部各测点的加速度放大效应都沿高程方向表现出显著的峰值特征,非交叉段的加速度响应在靠近上跨隧道拱顶处最为强烈,而交叉段却出现在靠近下穿隧道拱顶处;坡体各测点位移反应谱的幅值随输入地震波幅值的增大而逐渐增大,且卓越周期也随之增大,即卓越频率逐渐减小;弱震(0.1g)作用下,短周期(0.5～1.5 s)内反应谱曲线具有显著的峰值特征,而强震(0.6g)作用下,长周期(3.0～5.0 s)内反应谱曲线沿高程具有明显的放大效应。     

带剪切连梁双柱式桥墩地震响应特性振动台试验研究

该文针对Y型偏心支撑组合框架抗震性能优化展开研究,共选择5层、10层和15层高的三类典型钢-混凝土组合框架作为研究对象,采用考虑楼板空间组合效应的高效全杆系纤维模型对研究对象进行数值模拟。提出了适用于Y型偏心支撑组合框架的遗传算法程序,包括染色体编码方法、适应度计算方法、进化终止条件以及在遗传过程中的选择、交叉与变异法则,对偏心支撑的布置位置和力学参数分别进行了优化设计。结果表明：遗传算法程序能够迅速找到Y型偏心支撑组合框架抗震性能优化问题的最优解,收敛性良好,相比于传统枚举遍历算法,在求解中层、高层结构偏心支撑布置位置的优化问题时,计算成本明显降低。根据不同参数下遗传算法计算成本的分析,遗传算法中种群规模、淘汰比例和变异概率的最优取值随着楼层数目的增加而略有增加,对于布置位置优化问题,种群规模宜取4~12,淘汰比例和变异概率宜取10%~20%;对于力学参数优化问题,种群规模宜取4~8,淘汰比例宜取20%~30%,变异概率宜取10%~20%。     

带剪切连梁双柱式桥墩地震响应特性振动台试验研究

为了研究剪切连梁对双柱式桥墩地震响应的影响,该文将双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩置于全桥模型中开展振动台试验研究,其中带剪切连梁双柱式桥墩沿墩等间距附有5根剪切连梁。因此设计了一座几何相似比为1/70且包含桥墩(含双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩)、主塔、主梁、群桩和模型土等在内的斜拉桥试验模型并开展振动台试验,比较研究人工波、El Centro波和Mexico City波等不同频谱特性地震作用下双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的地震响应特性。试验结果表明:与双柱式桥墩结果相比,在人工波、El Centro波和Mexico City波作用下,带剪切连梁双柱式桥墩的墩底最大应变明显减小,表明附加的剪切连梁可有效降低墩柱的弯矩应变响应,实现了剪切连梁起分散墩柱受力的作用;与振动台输出最大加速度相比,三条地震波作用下带剪切连梁双柱式桥墩的墩底加速度放大1.4倍~1.8倍,表明桩-土-结构相互作用对纵向加速度产生不利影响,具有明显放大效应;地震输入的频谱特性明显影响双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的加速度、位移和应变等地震响应,且其影响程度取决于地震输入卓越频谱与结构频率特性之间的相关关系。     

大型地震模拟振动台运行对周围场地影响的试验研究

随着地震模拟振动台数量越来越多,其运行对环境的振动影响受到极大关注。通过现场实测和分析,深入探讨了振动台运行对周围场地的振动影响,结果表明:如果将振动台基础简化为单自由度质点-弹簧-阻尼模型,地基土提供弹性力和阻尼,振动台的运行视为施加于基础的动力荷载,由此得到的计算结果与实测基本吻合。通过扫频试验获取了基础振动幅频响应曲线并进而确定了基础自振频率。试验研究结果显示,当振动台台面产生峰值为1.5 g加速度时,基础及实验室内地面加速度最大值仅有5 gal,不及台面的0.4%;振动从基础向周边场地传播按指数规律衰减,一般不会对周围建筑安全和人员舒适性造成不良影响。     

大型地震模拟振动台运行对周围场地影响的试验研究

为降低大型地震模拟振动台试验时所引起的振动对振动台实验室以及周边建筑结构内的机床以及精密仪器的影响,提高结构内人员的舒适度,建立了一种频率相关的半主动控制三维隔振楼板系统。提出了一种基于楼板输入加速度主频的on-off半主动控制方法以及相应的频率在线检测方法,开展了振动台试验,进行了正弦波与地震动引起振动的加载。试验结果表明：所提出的频率在线检测方法可以快速有效地检测输入振动波的主频,根据此频率进行的半主动控制可以有效降低楼板的振动响应。为了提高控制效果,实际应用中应尽量降低磁流变阻尼器在低阻尼力模式时的阻尼。     

隧道衬砌结构减震层效能评定方法的振动台试验研究EI北大核心CSCD

通过大型振动台模型试验研究了减震层效能评定方法的准确性和减震层作用下衬砌结构与最不利的IV级和V级围岩在激振过程中的相互作用。研究结果表明:减震层效能评定方法可以较为准确地评估减震层在地震动力作用下对衬砌结构的作用效果,但随着激振加速度峰值的提高,试验值会与评估值产生偏差,因此对减震层效能评定方法引入地震动力损伤系数以提高其精确度;围岩级别相较于减震层的厚度对衬砌结构的地震响应更具有决定性作用;在中低烈度地震区,减震层对衬砌结构的保护效果较为明显,但减震层存在最优厚度,超过该厚度,衬砌结构遭遇地震时的震动更加强烈,在高烈度地震区,减震层的效果差异在不同围岩中逐渐不再明显;减震层的存在改变了衬砌结构的自振特性,让衬砌与围岩之间在地震动力作用下有一定的刚性位移裕度,减少了相对位移的幅值。     

含小净距隧道岩石边坡地震动力特性的大型振动台试验研究

为研究含小净距隧道岩石边坡在地震作用下的动力特性,设计了一个比尺1∶10的含小净距隧道岩石边坡的大型振动台试验模型,试验以汶川波（WC）作为振动台激振波,采用水平（x）向、竖直（z）向和水平竖直（xz）向三种激振方式,研究地震作用下边坡的加速度响应特性和动位移响应特性。试验结果表明：1） 边坡加速度放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征,边坡会改变输入地震波的频谱成分,对高频段地震波存在滤波作用。2） x、z单向激振下边坡加速度放大系数随着加载加速度峰值的增大而增大,xz双向激振下则随着加载加速度峰值的增大而减小。3） 以3/5坡高为界,此高度以下,边坡对竖向地震波的放大作用大于对水平向地震波的放大作用,在此高度以上则刚好相反。4） 边坡水平方向位移主要受水平向地震波的影响,且随着激振加速度峰值的增大而增大。5） 以4/5坡高为界,此高度以下动位移峰值增大趋势缓慢,此高度以上,动位移响应峰值急剧增大,且在坡顶处产生最大的水平位移。6） 边坡的动位移响应与地震波的激振方向和测点位置有关。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。     

多维地震激励下人字形桥梁地震模拟振动台试验研究

为研究人字形桥梁在地震作用下的动力响应,以某人字形桥梁为原型,制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,采用El-centro波对其进行了不同地震烈度的多维激励地震模拟振动台试验和有限元分析。研究结果表明：随着地震烈度的增加,模型结构自振频率降低阻尼比增大;桥墩墩顶顺桥向加速度响应基本不受竖向地震分量影响;计算桥墩墩底应变响应时进行水平双向地震激励即可满足要求;梁体跨中竖向加速度响应,主梁和分支梁间的伸缩缝宽度取值,伸缩缝处的碰撞响应等均与地震波输入维度有关。因此,对于人字形桥梁在进行抗震设计时应针对不同的设计目的对其进行选择性的多维地震激励。     

跨断层隧道动力特性大型振动台试验研究

通过与普通隧道进行振动台对比试验,探讨了跨断层隧道的地震响应规律及破坏特点,分析了衬砌裂缝的发展过程、加速度响应、应变大小以及围岩动土压力分布规律。试验结果表明:1从应变和破坏现象上看,断层隧道的横断面破坏程度远大于纵向;2强地震作用下断层隧道接缝处将产生较大的错动,接缝的错动极大影响隧道安全;3衬砌围岩动土压力具有两侧大、上下小的特点,临近破坏时隧道加速度响应将发生突变;4衬砌不同位置裂缝的产生和发展方向并不相同,顶部和底部由内向外发展,腰部两侧由外向内发展。以上试验研究结果可为断层隧道的抗震设计提供参考。     

偏压隧道模型振动台试验与数值模拟研究

根据动力模型试验相似关系,设计了一个比尺为1∶10的偏压隧道模型,开展大型振动台模型试验,研究地震作用下偏压隧道加速度动力响应规律,模型试验以汶川波作为输入波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种加载方式。利用MIDAS/NX有限元软件进行数值模拟,并与模型试验结果对比分析。研究表明:衬砌测点的加速度时程曲线与输入地震波特征相似,卓越频段和傅氏谱谱值都增大。X向激振时,加速度放大效应不明显且放大系数随激振幅值的增大而略有减小;竖向波对衬砌加速度动力响应影响明显大于水平地震波,表现为加速度放大效应显著;XZ双向激振时,相比于单向波而言测点加速度放大系数有增大、也有减小,与测点位置有关,临近边坡侧测点竖向加速动力响应较大,非偏压侧拱脚和拱顶是抗震设计的重点;数值模拟与试验结果在变化趋势上相近,数值上拟合程度高,在输入Amax0.2g时,模拟结果误差较小,随输入加速度峰值的增大误差增大。     

穿越断层隧道钢筋橡胶接头振动台试验研究

隧道穿越活动断层段是地震中破坏最为严重的区域之一.针对这一现象,基于主动防御的设计理念,提出一种钢筋和橡胶相结合的柔性接头措施.以穿越断层龙溪隧道工程为背景,采用振动台模型试验研究了断层错动-震动综合加载方式下带有接头的衬砌结构响应特征.分析结果证明:断层错动-震动联合作用下分段隧道对周围模型土层有追随性和依赖性;断层...     

高铁简支梁桥横向地震碰撞效应振动台试验研究

地震作用下,当桥梁上、下部结构间的横向相对位移超过挡块-梁体或挡块-垫石间的初始间隙时,就会发生碰撞。为研究高铁简支梁桥在地震激励下的横向碰撞效应,以32 m标准跨径简支梁桥为研究对象,按1∶6缩尺比设计并制作了单跨桥梁模型。通过振动台试验研究了地震波频谱特性、地震动峰值加速度(PGA)、挡块-垫石初始间隙等因素对横向地震碰撞效应的影响,并探讨了在挡块与垫石间填充橡胶缓冲垫层的防碰减震效果及橡胶垫层的减震机理。试验结果表明:振动台试验再现了桥梁结构横向地震碰撞过程,在多遇地震作用下,固定支座未发生破坏,挡块与垫石之间没有出现碰撞现象;而在设计地震和罕遇地震激励下,固定支座出现破坏,多数工况发生了碰撞。挡块与垫石之间的碰撞限制了墩梁间横向相对位移的发展,但碰撞会激起结构的高频响应,增大墩底弯矩响应;橡胶缓冲垫层的设置会减小挡块与垫石间的碰撞刚度,降低由地震碰撞所引起的高频响应,从而达到减震的效果。