沉管隧道地震响应分析的等效质点系模型探讨

条装地下结构如隧道、各种埋设管道等一般可看作弹性地基梁进行静力及动力分析。在地震条件下,结构与土相互作用,但土的振动成为主要因素。为分析土的地震响应需把基土这一三维连续体作简化处理,简化成为等效多质点模型。本文着重探讨这种简化模型的建立方法,推导等效方法,通过几种简化体系的分析比较,论证单质点串体系的合理性,并将其应用到广州黄沙－芳村珠江水下隧道工程的地震响应分析,为抗震设计提供依据。     

土-海底沉管隧道体系三维地震响应分析

以港珠澳大桥工程中大型海底沉管隧道为工程背景,根据工程场地土层地质实际分布情况,建立了沉管隧道上方无回淤土和有回淤土两种计算条件下的土-沉管隧道体系的大型三维精细化有限元计算模型.在计算模型中考虑了沉管接头非线性、土与隧道间的接触非线性和土层介质非线性等特征.采取直接从基岩面输入一致地震和地震行波两种激励方式,运用动力显式算法对土-沉管隧道体系进行地震响应分析.数值结果表明,回淤土体减小了模型的自振频率,增大了隧道的地震响应;不同地震波激励形式和激励方向对隧道接头的相对变形和管节内力响应的影响不容忽视.     

广州洲头咀沉管隧道地震响应研究

采用弹性地基梁理论计算了广州洲头咀沉管隧道的地震响应,在假定管段接头为刚接、铰接和半刚接3种工况下,计算了隧道在纵向和横向振动时的轴力、剪力和弯矩时程.结果表明:1)隧道的各种内力响应时程图形形状与输入地震波基本一致;2)采用刚性接头时的最大轴力、剪力和弯矩较其他两种工况更大;3)半刚性接头对于沉管隧道在地震作用下的轴力、剪力和弯矩力学性能均有一定改善,这与有关文献的研究结果是一致的;4)在采用半刚性连接时隧道的接头内力和转角均较大,在实际工程应用中如采用该种连接方式,建议进行地震作用下的接头内力和接头相对位移验算.     

用多质点—弹簧模型研究沉管隧道土体地震响应

在质点-弹簧体系数学模型的基础上,结合有限元分析,提出了沉管隧道土体地震反应的离散化分析方法,并结合广州洲头咀隧道工程实例,采用人工合成基岩加速度时程,运用时程动力法分析了隧道底部土体表面的地震响应时程,并与剪切波速传播理论的计算结果进行了对比.结果表明,采用质点弹簧体系计算得出的土表峰值位移较大,分析认为是由于弹簧质点体系计算中阻尼比取值小于剪切波速传播理论中阻尼比取值所致,建议在实际使用中采用质点弹簧体系的计算结果,按照剪切波速传播理论的计算结果可作为参考.     

深水超长沉管隧道接头及止水带地震响应研究

依托港珠澳沉管隧道工程,建立了3维实体连续有限元模型,对这条深水超长沉管隧道在地震作用时接头处的内力和位移情况以及止水带的压缩与变形进行了详细的模拟与研究,重点分析了地震作用时沉管隧道接头处的相对位移(包括管节接头和节段接头)、管节接头处GINA止水带的变形,为施工和运营期的安全与维护提供必要的指导和依据.     

考虑接头力学特性的沉管隧道计算方法

基于沉管隧道管节接头的构造特征,建立接头的力学模型,将接头位置管节间的相互作用离散为一系列由剪切弹簧、法向弹簧组成的组合弹簧和体现相互之间空隙的阈值。根据得到的节点弹簧法向位移、切向位移,在计算过程中实时判断接头的工作状态并动态调整弹簧刚度参数,并将接头模型应用到沉管隧道结构计算中。该方法可与沉管隧道管节模型结合,综合考虑沉管隧道在不同自由度方向上的结构性能,计算管节和接头的内力与变形。最后,以港珠澳沉管隧道为研究对象,研究沉管隧道接头在实际荷载作用下的受力与位移情况。     

沉管隧道温度与干缩应力计算

推导了隧道管段由温差变化引起的应力计算方法，根据施工顺序，分为底板浇筑阶段、侧墙与顶板板筑阶段、连续成整体阶段、浮运与沉放阶段、运营阶段等5个阶段，分别计算混凝土管段内的拉应力。计算结果表明，管段侧墙内存在较大的拉应力，需要采取合理的措施，以防止裂缝的发展。     

基于三角模糊理论的沉管隧道结构服役状态评价方法

为进一步提高在役沉管隧道结构服役状态评价的准确性和可靠性,运用三角模糊理论和层次分析法,提出一种新的运营沉管隧道结构服役状态评价方法。根据运营沉管隧道的结构特征、病害主要影响因素,构建沉管隧道结构服役状态评价指标体系,其中准则层包含6个类别,结构裂缝、渗漏水、结构材质劣化、结构应力、结构变形和水环境;指标层包含14个指标,裂缝长度、裂缝宽度、渗漏速率、渗漏面积、混凝土强度、钢筋横截面损失率、钢筋应力、混凝土应力、水平剪力键应力、竖向剪力键应力、不均匀沉降、接头张开、接头错动和侵蚀水pH。建立了运营沉管隧道结构服役状态等级四级划分标准,并给出了相对应的特征描述以及服役状况评价值。推导了沉管隧道结构服役状态评价指标权重及隶属函数计算过程,得到了沉管隧道结构服役状态评价指标体系中各个指标、元素的绝对权重以及服役状态不同等级对应的隶属度。将提出的评价方法应用于工程实例进行计算分析,并与其他方法进行对比分析。结果表明：该实例中沉管隧道结构监测断面的服役状态综合评价计算值为6.870,隶属度计算值为0.935,隧道结构服役状态评价为等级Ⅰ(结构正常或局部轻微损坏),提出的评价方法在沉管隧道服役状态...     

潮汐荷载引起沉管隧道沉降计算方法

根据潮汐荷载的特点和沉管隧道的实际情况 ,建立了双层土地基和单层土地基的隧道沉降计算方程 ,并利用Laplace变换求得了沉降分布和量值计算的解析表达式 .通过对沉管隧道工程实例的计算分析以及与实例的数据比较 ,探讨了所提出的计算方法在沉管隧道设计、施工以及管理维护中的应用可行性     

南京长江沉管隧道竖井地震反应分析

通过对南京长江沉管隧道竖井的分析研究,建立有限元模型,然后运用ＳｕｐｅｒＳａｐ程序计算得到竖井及竖井各板弯矩的最大值以及最大值发生的位置,用于指导结构设计,对南京长江沉管隧道的修建有重要的作用．     

超长沉管隧道抗震设计及其关键性问题分析

在分析国内外沉管隧道抗震性能研究的基础上,以港珠澳大桥沉管隧道为背景,阐述了超长沉管隧道抗震设计与分析中迫切需要解决的4个关键性问题,即沉管隧道土体与结构相互作用的动力计算方法、非一致地震激励下超长沉管隧道地震响应分析方法、沉管隧道减震控制技术以及沉管隧道振动台试验模拟技术,并指出了沉管隧道工程抗震研究的几个方向.     

并行数值仿真技术在盾构隧道地震响应分析中的应用

采用全三维非线性建模方法建立了盾构隧道总体有限元模型，模型规模上节点总数超过400万，单元总数超过380万．由于系统的非线性，且地震激励是一种时间历程，盾构隧道地震响应数值模拟的实质是一个超大规模非线性系统的瞬态响应计算问题，使得目前在地震安全性评价领域普遍采用的串行算法、串行软件和普通的计算机无法胜任此工作．本文根据所用超级计算机的体系结构特点，采用改进的区域分解算法，通过对盾构隧道总体模型合理分区来进行地震响应分析．地震波载荷选用调幅后的上海隧道场地人工地震波，应用通用非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解，计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据．     

地下综合管廊地震响应研究

通过动力方程的推导,提出在地下结构抗震分析中,位移时程输入可能是更好的选择.在此基础上,考虑多种因素,建立了三维地下综合管廊有限元模型,分析了其在地震作用下的响应特性.研究发现,在轴向地震动输人情况下,结构出现整体弯曲变形.另外边界以及接触面条件对结构应变影响较大.在结构考虑为弹性的情况下,自由边界较无限单元情况下的结构应变幅值明显偏小,相对误差最大可达123.3%,当不考虑土体与结构之间的相对滑移时,结构的应变增大幅度可以达1/3之多.最后对行波效应的影响进行了探讨.     

隧道断面地震反应分析

选取拟建的某隧道断面,引入地震波加速度时程曲线,采用数值模拟的方法计算分析了地震工况下隧道的稳定情况以及变形规律.在建模的过程中,引入了初始应力场,消除了支护单元在出现前的扰动变形.利用ADINA有限元软件中的时间衰减功能真实地模拟了新奥法施工过程中围岩变形规律,提高了结果分析的精确性.     

埋深对隧道结构地震动力响应的影响分析

不同的埋深条件下,隧道结构的地震响应差别很大,但其影响规律和特点目前尚停留在震害调查和经验认识的阶段,尚缺乏系统的分析和研究.采用FLAC3D软件,以勒不果喇吉隧道为例,运用数值分析方法对不同埋深条件下的隧道结构地震响应进行数值计算和分析,总结出其基本影响规律和特点,并提出了临界埋深的概念.     

地铁隧道非线性地震响应动力分析

地铁隧道抗震研究是当今地震工程界重要的研究方向。对广州地铁四号线地铁隧道进行了地震响应非线性有限元分析。采用动力有限元数值分析方法,提出估算地铁隧道地震响应永久变形的有限元计算模型。通过动力有限元方法确定地铁隧道的残余变形量,将各个时刻重复通过计算所确定的残余位移累加得到地震作用后地铁隧道的永久变形量。通过分析地铁隧道的永久变形量确定地铁隧道地震响应稳定性,为地铁隧道地震稳定性分析提供了参考依据。     

城市地下管廊结构地震动力响应分析

地震安全问题是城市地下管廊设计中不得不考虑的部分.先使用反应位移法计算地震时管廊结构的内力,得出管廊薄弱部位.接着使用动力时程方法分析管廊的地震响应,建立土体与结构数值模型,在模型底部输入水平地震作用.采用土-结构界面接触单元,重点考虑土与结构之间的相互作用,得出结构与土之间的分离与滑移情况以及管廊在水平地震作用下的位移变形和应力分布.结果发现:地下管廊标准段结构在水平地震作用下发生明显的侧向位移,容易发生弯剪破坏,而水平方向未发生明显位移;管廊结构地震破坏时的薄弱环节在顶板、底板与侧墙的连接部位以及中隔墙的墙端,在抗震设计中需采取加固措施.     

某电站水工隧洞地震响应的动力分析

采用大型商业有限元软件ANSYS对云南某电站的水工隧洞地震响应进行了数值模拟.通过分别从X方向与Y方向输入地震激励,发现X方向的激励对隧洞的影响较大,隧洞衬砌的最大位移发生在隧洞中段拱顶区,得出的结果对实际工程有一定的指导意义.