大连长山矮塔斜拉桥抗震性能三维数值分析

为进一步认识矮塔斜拉桥地震动力响应特性,以大连长山矮塔斜拉桥为具体工程背景,采用ADINA三维实体单元模拟桥梁结构与桩基,全面考虑预应力钢筋作用和桩土相互作用影响,通过建立全桥大规模三维动力分析数值模型,针对桥梁结构-桩基-地基相互作用体系分别进行了地震反应谱分析、弹性和弹塑性动力时程分析,并对桥梁结构体系抗震性能进行了系统评价,计算结果表明:桥梁体系关键控制截面抗震强度和变形均满足规范要求,主墩位置易发生较大塑性变形;对矮塔斜拉桥等特殊桥梁进行抗震设计时,宜进行考虑主墩结构弹塑性影响的控制截面变形校核。     

基于壳-弹簧模型的组合式预制管廊纵向抗震分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了组合式预制管廊三维壳-弹簧有限元模型,研究地震作用下组合式预制管廊之间的相互作用,以及组合式预制管廊的整体抗震性能。采用壳单元模拟管廊结构,非线性弹簧单元模拟管廊承插式接头、钢绞线、舱室之间填充的泡沫板材料,非线性地基弹簧模拟土-结构相互作用。利用反应位移法计算了组合式预制三舱(双舱+单舱)管廊在安评波作用下的变形及内力响应。研究表明,安评波不同入射角度下,双舱管廊和单舱管廊之间存在相互作用,但管廊之间峰值相对位移小于其初始间距;随着安评波入射角度的增加,双舱管廊和单舱管廊的接头张开量及内力均呈现先增大后减小的趋势,接头张开量和截面内力峰值均满足抗震验算要求。     

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析(英文)

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。     

盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明:盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

沉管隧道接头地震动力响应分析

以港珠澳桥隧工程中的沉管隧道为工程实例,建立沉管隧道部分管段的三维有限元模型,并采用ABAQUS有限元软件对其进行动力计算。计算中考虑了地基土层的初始应力平衡和地基无限域的辐射阻尼效应影响,地震作用通过基岩运动以惯性力方式施加,分析了隧道管段及沉管接头部位的应力和位移。在水平向和竖直向地震共同作用下,管节的竖向相对位移要比水平向大很多;沉管接头附近的管节单元具有较大的应力,主要是由于接头材料发生变化,容易发生应力集中现象。计算结果可供沉管隧道设计参考。     

软土地区地表结构对盾构隧道地震响应影响的风险分析

本文基于ABAQUS有限元软件建立了软土地区地表结构-土-隧道相互作用的非线性有限元模型,地表结构采用置于刚性筏板基础的单自由度体系模拟。考虑地表结构的有无,不同的土体模型及地震荷载,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,研究了地表结构对盾构隧道周围土体以及衬砌地震响应的影响。研究表明,地表结构的存在会增大隧道周围土体地震响应,从而引起隧道结构变形以及动态内力的显著增加,同时发现采用弹塑性分析下的隧道地震响应大于采用黏弹性分析。因此,地表结构作用是影响盾构隧道响应的重要因素,综合分析地表结构-土-隧道作用下的结构动态响应有助于更合理的预测地震荷载下盾构隧道结构安全风险。     

地震荷载作用下沉管地基砂垫层液化的可能性

以广州仑头—生物岛沉管隧道为背景,采用二维动力有限元模拟方法,分析了地震荷载作用下沉管隧道地基的动力响应,得到了地震荷载作用下地基土的动剪应力分布;通过对试验资料的分析,得到了沉管隧道地基砂垫层的抗液化剪应力,以此分析了沉管隧道地基土在地震荷载作用下的液化可能性,并提出了相应的抗液化措施,可供沉管隧道的抗震设计参考。     

越江电力地下综合管廊结构横向抗震性能研究∗

针对越江气体绝缘输电线路(GIL)综合管廊结构的特殊性,考虑内部混凝土支架与盾构隧道的动力相互作用,以及盾构隧道穿越地层的不同,建立了土?管廊结构非线性动力相互作用的整体计算分析模型,从结构变形、盾构管片张开量、结构地震损伤等方面详细分析了越江 GIL 综合管廊结构的抗震性能。结果表明：越江 GIL 管廊结构内部混凝土支架结构明显要先于外部盾构隧道发生地震损伤;当 GIL 管廊结构穿越相对较软土层时的地震损伤明显加重;受制于内部混凝土支架的约束作用,盾构隧道的下部管片张开量明显小于上部管片计算值,同时外侧残余张开量要明显大于管片内侧残余张开量。     

近距双线盾构隧道开挖诱发地层变形演变规律及数值模拟

双线平行隧道盾构施工相互扰动作用对其诱发的地层变形分布特征和演变规律影响显著。以某地铁双线盾构隧道工程为例,考虑双线平行隧道间距与盾构施工相互作用影响,采用数值模拟和现场实测相结合的方法对双线平行隧道盾构施工引起的地层变形演变规律进行了对比分析,并提出了考虑近远距状态的双线平行隧道盾构施工地层变形预测模型。研究结果表明,双线盾构隧道施工地层竖向变形曲线由“V”形发展为非对称“W”形分布,沉降槽宽度由6D扩大为10D,地层深度越深非对称“双峰”特征越明显;地层水平变形曲线以两隧道中线为轴线呈反对称分布,两隧道间区域土体变形受施工扰动影响显著;地表沉降曲线分布随双线隧道近远距变化由深“V”形—浅“V”形—“U”形—浅“W”形—深“W”形—两独立“V”形演变,采用L cr=2CKH可作为双线平行盾构隧道近远距状态临界判据,本文提出的预测模型能较好地反映近远距状态及施工相互扰动对双线平行隧道盾构施工地层变形的影响规律。研究成果可为类似地铁隧道盾构施工变形预测与精细化控制提供科学参考。     

盾构隧道的开挖模拟及地震反应数值分析

由于盾构隧道掘进的特殊施工工艺,使开挖模拟的数值计算存在着诸多难以量化的因素。采用应力释放法模拟盾构隧道的开挖,在衬砌和土体之间设置等代层单元模拟盾构施工的影响,求得竣工期的应力场和位移场。在静力计算基础上运用动力有限元时程分析法,采用粘性人工边界条件,分析了隧道衬砌在地震过程中的最大响应。其结果和规律可为一般的盾构隧道地震反应分析提供借鉴。     

强地震动作用下地基土-地铁隧道结构的动力接触效应

将地基土-地铁隧道结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面粘塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和隧道结构混凝土的动力特性,用点-线接触单元模型描述强地震动作用下地基土-地铁隧道之间的相对滑移,利用罚函数法和拉格朗日乘子法求解动力接触效应,建立土-地铁隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,分析了动力接触效应对地基土-地铁隧道之间的法向接触压应力、切向接触剪应力和切向滑移的影响规律。结果表明:罚函数法比拉格朗日乘子法更适用于求解强地震动作用下地基土-地铁隧道之间的动力接触问题;与地基土-地铁隧道变形协调假定的计算结果相比较,动力接触效应使地铁隧道的地震加速度反应有所增大。     

近场地震作用下单跨斜交桥地震反应分析∗

斜交桥动力特性复杂、震害多样,准确评估斜交桥地震反应意义重大,尤其在基于性能桥梁抗震设计中,需要对斜交桥三维精细化模型进行非线性地震反应分析。以单跨斜交桥为研究对象,建立考虑桥台非线性特性和双向碰撞作用的桥梁三维精细化有限元模型,开展水平双向近场地震动作用下结构的非线性地震反应分析,研究不同桥台横向约束模型对斜交桥地震反应的影响以及不同斜交角度斜交桥地震反应规律。结果表明：桥台横向约束条件对斜交桥地震反应有较大影响,在抗震性能分析中需对桥台和碰撞作用进行合理考虑;桥台双向碰撞作用对上部结构平面转动的影响显著,且易导致桥台钝角处的回填土失效和锐角处的挡块损伤;斜交桥的碰撞力明显高于直桥,纵向位移和平面转角随斜交角度的增大而增大。     

圆形和直墙拱形地下隧道地震反应数值模拟对比分析

考虑土与结构动力相互作用的影响,将地基土—地铁区间隧道结构体系视为平面应变问题,建立了土—地铁区间隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,对圆形和直墙拱形隧道的地震反应进行了数值模拟;分析了在相同的埋深和场地条件的情况下不同隧道结构形式在不同地震动作用下的应力、加速度和相对水平位移反应特性。结果表明:圆形隧道结构的应力和相对水平位移反应明显小于直墙拱形隧道。从抗震设计角度考虑,选择隧道形状时应优先采用圆形隧道。     

工作竖井与隧道连接处支护结构横向地震响应

建立了工作竖井与盾构隧道、明挖隧道相连的空间交叉结构三维模型,采用FLAC3D对该复杂结构进行了横向地震响应分析,得到了工作竖井与隧道连接处支护结构关键点的位移和应力响应规律。通过对地震横向激励过程中竖井与隧道连接处支护结构收敛位移和关键点主应力峰值的分析,对该结构的横向抗震性能做出了评价。     

软土地基⁃浅基础体系地震反应数值分析∗

软土场地中的天然地基浅基础在强震作用下易产生失稳及震陷等破坏,在设计过程中充分考虑并利用其土结相互作用的影响,可以有效提高体系的抗震性能.基于OpenSees有限元计算平台,建立包含土结接触面的软土地基-浅基础二维平面应变模型,计算分析了不同地震动输入和基础上部荷载对体系地震动、基础震陷量和基底反力分布的影响,结果表明:强震作用下软土场地对地震动的放大作用减弱,但会产生大变形,因此抗震设计的重点应着眼于地基基础的大变形;上覆荷载大小对最终震陷值和震陷范围影响显著,而未改变震陷曲线间的相对形态;地震动能量的累积时间及累积速率影响软土地基-浅基础体系震陷的发展,抗震分析中应考虑场地设计地震动的有效持时和阿里亚斯强度;采用碎石桩等加固措施可改变基底压力分布形态,从而有效的提高体系的抗震性能.     

基于层状土推覆方法的盾构隧道抗震性能分析

当前对于地铁盾构隧道进行抗震分析时多基于弹性假设的简化设计方法,难以体现土体和结构的非线性特征;而动力时程分析具有耗时长,工作量大,考虑因素多等缺点使其在工程设计中的广泛应用受到限制。地下结构静力推覆方法具有概念清晰,考虑土体与结构相互作用,相比动力方法耗时大大减少等优点。而自适应层状土推覆分析可以改善地下结构静力推覆法的地震荷载加载模式,使之在含软弱夹层的场地中同样具有较高的精度。通过建立二维的土体-结构相互作用模型,采用自适应层状土推覆分析法对实际的单线地铁盾构隧道横断面进行拟静力弹塑性分析。绘制了其抗震性能曲线并发现了相对薄弱处的位置,并与动力时程的分析结果进行了比较,证明该方法有良好的精度。同时采用该方法对地铁盾构隧道抗震响应做了参数分析,给出了管片混凝土标号和土体模量的改变对隧道薄弱点受力的影响。     

新建隧道上穿既有隧道引起的剪切错台变形研究

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道上穿对下方既有地铁盾构隧道的影响。考虑新建隧道上穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力、注浆附加压力以及土体损失在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量以及环间剪切力值,同时对相关参数采用控制变量的方式研究其对既有隧道的影响。研究结果表明:本文方法计算得到的既有盾构隧道竖向隆起值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定;两隧道的轴线交角越小,既有隧道的竖向位移值就越大;两隧道的净距减小时,既有隧道的隆起变形会更加明显。     

考虑多因素的双线水平平行盾构施工引起地表隆陷研究

对双线水平平行盾构施工引起的三维地表隆陷计算方法进行研究。考虑正面附加推力、盾壳与土体的摩擦力、注浆压力和土体损失的共同作用,基于先、后行隧道地表隆陷的叠加原理和相互影响,求解得到双线盾构施工引起的总的三维地表隆陷,该方法适用于施工阶段。考虑两条隧道轴线间距J和先行、后行隧道开挖面前后距离K改变的影响。结果表明:本文方法预测值与实测值比较吻合;减小K值,地表纵向沉降曲线形状逐渐由阶梯型转变成S型,最大地表沉降量和隆起量均有所增加;增大J值,地表横向沉降曲线形状由V型缓慢转变成W型,最大地表沉降量逐渐减小。     

基于修正惯用法的埋深对圆形隧道地震反应影响∗

采用修正惯用法,在考虑土拱效应对圆形隧道结构受力状态影响的基础上,研究了埋深对地下结构地震反应的影响规律。首先,对比分析了不考虑和考虑土拱效应时、地震荷载作用前,隧道结构内力分布及随埋深的变化规律;将作用于隧道结构上的水平地震荷载等效为围岩土体变形导致的土压力的改变值;继而探讨了考虑土拱效应后,地震荷载引起的隧道结构内力的改变,研究了不同地震动强度下,埋深对圆形隧道结构地震反应的影响规律。 研究结果显示,地震作用下,圆形隧道结构的内力随着埋置深度的增加呈现出先增大后减小或趋于稳定的趋势,即圆形隧道结构地震反应存在一个抗震关键埋深。     

基于ArcGIS技术的桥梁隧道地震灾情场景模拟系统

针对我国地震应急指挥和抗震救灾工作的实际需要,运用ArcG IS技术研制了桥梁隧道地震灾情场景模拟系统。基于地震应急基础数据库和设定的地震参数,考虑地震动影响场和不同类型桥梁隧道的抗震性能,可对震前和震后公路桥梁隧道通行能力场景进行较为准确的模拟,亦可为地震现场救援指挥工作提供辅助支持。