冠亚体育网页版并加强了对地下结构建立抗震设

为了解释试验现象,证明动力分析在抗震设计中的适用性,在振动台模型试验中采用了二维动力有限元分析。可以把试验模型的中央全截面看作平面应变状态,并作为分析的目标截面。土体和隧道分别用等参固体单元和梁柱单元来模拟。假设隧道和土体之间未发生滑动位移。为了模拟试验模型的边界条件,基础可看作刚体,土体侧面看作是自由边界。分析中应用了时程综合反应方法。在数值模型中。土体的阻尼衰减常数通过试验中测得的土体加速度谐振曲线来计算。由于隧道重量比挖去了的土体重量小得多,隧道的阻尼在分析中忽略不计。

1.2 模型土的选择与配制

参考文献:

在振动台模型试验中,依据相似原理选择土体和隧道材料。引用物理量的比例系数时,是依照如下假设:土体惯性力和弹性力是相互独立的物理量。

历史上发生的大震表明,软土会放大地震的破坏作用,故对于软土地层厚达250~300m的上海地区开展建立地下铁道抗震设计的分析理论和设计方法的研究具有更重要的意义。张雄[1]等在时间域内研究了土-地下结构相互作用体系的三维地震响应;AKIRA[2]等采用静态有限元法研究了地下结构的的地震响应。国内学者也加强了对地下结构的抗震性能的研究。马险峰[3]等在国内较早、也较详细的对地下结构的震害进了调查和研究,为建立地下结构的抗震计算理论和方法提供了基础;陈国兴[4]等采用子结构法分析了地铁车站结构的地震;张鸿[5]等分析了地铁隧道的非线性地震响应。

1)振动台试验表明砂土液化阻尼器具有理想的阻尼特性,可近似用线性阻尼模型表示,液化黏度系数是阻尼器关键因素。

基于振动台试验结果和试验的动力分析,所得到的隧道和土体在地震动下的动力特性如下:

2.2 材料本构模型的选取

特别是汶川地震中采用减震措施的建筑物都经受了强震的检验。与之相比,水工建筑物由于体积巨大,尤其是承受高水头压力,土木建筑成功的抗震减震技术措施并不适用水工大体积建筑物[3].

所有的度量传感器均安置在试验模型的中央截面。记录绝对加速度时程的加速度计分别放在振动台上;并且,分别量测每个截面上的弯曲应变和轴向应变。记录水平位移时程的激光位移计放在土体一侧。

本文对在同济大学进行的上海软土地区地铁车站结构振动台模型试验的自由场振动台试验建立了三维计算模型,分自由场振动台模型试验进行了三维数值拟合分析,得到了模型土的加速度响应规律及模型土与模型箱之间的动土压力,计算结果与实测结果以及按二维模型计算的结果吻合较好,表明本文建立的三维计算模型能较好的模拟模型土的动力特性,为建立计算上海软土三维地震响应的计算方法奠定了基础。对三维计算方法的研究将另文介绍。

表2为重力坝前5阶自振频率和周期。

3.2.1 应用土体-隧道复合有限元模型的静力分析

本次试验选取褐黄色粉质粘土作为制作模型土的原料。Davidenkov模型参数由试验确定[8],见表1。其泊松比为0.4,密度为1760kg/m3;试验[8]测得泡沫塑料板的动弹性模量为4.13MPa,密度15kg/m3,泊松比0.4,泡沫塑料板选用弹性模型。

试验用的砂土液化阻尼器模型为内置饱和砂土的钢质箱体,长×宽×高分别为0.8m×0.6m×0.4m;试验在清华大学水利系MTS振动台进行。模型阻尼器安装在有导向滑轨的振动台上,并通过20kN测力传感器与振动台连接,应用压电传感器采集加速度信号。试验用砂土为一般河砂,装料高度0.3m并锤击密实;饱和水由砂土顶面缓慢渗入。振动台试验采用加速度控制,频率5Hz,幅值0.3g.图2和3为砂土液化阻尼器液化前后砂土状况。

4.隧道和土体在地震动下的动力特性

试验选取三种地震波作为振动台台面输入波,试验加载制度见表2。试验采用单向输入激励,在模型底部输入台面波。

d=ρ×c×A,其中,ρ为阻尼器液化砂土的密度,取为2000kg/m3;c为引入的砂土液化特征波速:

2.1隧道土体测试原型和模型

2.1 计算区范围的确定

f=d×v,其中,v为坝顶节点速度,d为阻尼力系数,按下式确定:

测试原型是外直径为10米的双线地下盾构隧道。盾构隧道为预应力砼扁平箱型截面,1米宽,0.4米厚。假设盾构隧道位于一个冲击层上。假设冲击层和盾构隧道埋深分别为30米和14米,土体基础处在一个非常坚硬的洪积层上,在抗震设计中,可以把它看作为刚性体。

自由场振动台模型试验[8]模型箱装置如图1所示,为由美国MTS公司生产的三向电液伺服驱动地震模拟振动台。台面尺寸为4.0m×4.0m;最大承载为15t;振动方式为X、Y、Z三向六自由度;频率范围为0.1~50Hz;台面最大加速度为:X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g。模型箱为高1.2m的中空长方体,沿振动方向净长3.0m,垂直于振动方向净宽2.5m,箱中土体高度1m。

有限元计算时水平向地震动输入El-centro加速度,竖向加速度幅值取为2/3水平向幅值,地震动时程为40s,采用Newmark平均加速度法进行坝体动力时程分析。计算采用以下4种方案:方案A,无阻尼器;方案B,施加特征波速300m/s的阻尼器;方案C,施加特征波速100m/s的阻尼器;方案D,施加特征波速30m/s的阻尼器。

3.2.2 应用弹性梁有限元模型的静力分析

近十多年来,随着地下工程数量的增多和地下结构震害的频繁出现,尤其是受到神户地震的启示, 人们对地下结构的抗震能力有了新的认识,并加强了对地下结构建立抗震设计理论与方法的研究①。

3结论

5.数值分析方法的评价

鉴于自由场振动台模型试验中,用于接受激振响应信息的传感器主要是加速度传感器,因此本文仅分析加速度响应规律。

4种计算方案选择坝顶上游节点为特征节点,图7~9分别对应3种特征波速的特征点水平位移响应时程,同时图中也提供了无阻尼器方案特征点位移时程。很明显,特征波速高的阻尼器减震效果明显。为了清晰表示减震,图10对比了3种安装阻尼器减震方案效果对比,图中纵坐标为相应方案位移响应与方案A的位移响应差。由此可见砂土液化阻尼器地震响应消峰效果十分明显。图11为方案A坝下游折线处主拉应力时程,图12为方案A与方案D相应位置拉应力降幅时程。应力降幅达60%.图13为坝顶设置砂土液化阻尼器产生的特征点内力时程,也就是阻尼器对坝顶施加的阻尼力。重力坝安装砂土液化阻尼器具有以下特点:

5.3梁-弹簧模型静力分析

杨林德教授进行了上海软土地区典型地铁车站结构振动台模型试验①。该模型试验包括两部分:自由场振动台模型试验和典型地铁车站结构振动台模型试验。前者主要用于模拟自由场地土层的地震反应,以及确定模型箱的工作性能,为进行典型地铁车站结构振动台模型试验提供前提条件;后者则主要用于了解地铁车站与土共同作用时地震动响应的规律与特征。根据模型试验结果,杨超[6]和刘齐建[7]在平面应变假设的基础上研究了上海软土地区地铁车站结构地震响应的计算方法。本文拟对自由场振动台模型试验建立三维计算模型,对其进行三维数值拟合分析,为建立上海软土三维地震响应的数值计算方法奠定基础。

3)砂土液化阻尼器施加在坝顶节点的阻尼力幅值约为30kN,相当应力0.3MPa,远小于混凝土强度。

分别进行了单一土体模型和土体-隧道复合模型振动台模型试验。试验模型底部固定在振动台上,在振动台上输入单向水平激振波。试验按如下步骤进行:首先,用正弦波激振模型,加速度设为80gal,频率从2HZ变到50HZ,然后,来自Tokachi-Oki地震、Ei-Centro地震及Hyogo-Ken地震的地震记录分别用做激振波,它们的时间基数缩短至实际时间的十分之一,最大加速度设为300gal。所有的试验均在弹性范围内进行,隧道和土体之间没有出现滑动位移。

其中:A、B和γr为拟合常数;γr亦为参考剪应变,γd为瞬时动剪应变;Gd和λ为瞬时的动剪切模量和阻尼比;Gmax和λmax为最大动剪切模量和最大阻尼比。

时间:2016-09-06 03:53点击: 次来源:好文学作者:编辑评论:- 小 + 大

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