高速公路桥隧搭接结构地震动力响应特性及减震措施研究

发布时间：2020-11-07 15:25

　　 为了应对边坡陡峭、山高谷深的复杂地形,建设高速公路时常采用桥台置于隧道洞内的处理方式,即桥隧搭接结构。建设在软弱围岩地区的桥隧搭接结构在强烈地震作用下,极易受到损伤或破坏,导致交通中断,造成巨大的经济损失。因此桥隧搭接结构在地震作用下的动力反应特性、失效机制等问题迫切需要解决,桥隧搭接结构地震动力响应规律及减震措施研究已成为岩土工程中的热点问题。本文基于国家自然科学基金项目“基于损伤累积效应的桥隧搭接结构地震动力响应研究”(编号:51408617),并以马步冲隧道和马步冲大桥这一桥隧搭接工程为背景,开展了高速公路桥隧搭接结构振动台试验,并运用有限元软件进行了数值模拟研究。此外,在振动台试验结果与数值模拟结果相互验证的基础上,对不同条件下的桥隧搭接结构进行了内力分析和减震措施及效果分析。本文研究工作和主要成果如下:(1)以相似理论为依据,设计并完成了几何比为1:50的软弱围岩桥隧搭接结构振动台试验。根据试验要求,给出了各物理量的相似常数、相似材料的配合比和物理力学参数。确定了模型箱边界处理方法、桥隧搭接结构的制作过程、测点布置和地震波加载方案。(2)根据振动台试验采集的数据,研究了桥隧搭接结构的动应变、动位移、动土压力和加速度在不同加载方向汶川波和不同加速度峰值El Centro波作用下的变化规律。主要成果包括:仰拱大多数情况下主要承受拉应力,拱脚和拱顶则主要承受压应力,桩基础承受拉压循环荷载作用;沿隧道轴线方向地震波对桥隧搭接结构动位移起主导作用,各测点的动位移随地震波激振峰值的递增而增大;衬砌拱腰和仰拱处动土压力响应最大;隧道拱顶和仰拱加速度放大系数从洞口沿隧道轴向深入呈递减趋势,桥面板加速度放大系数从桥跨中到隧道洞口一端呈递减趋势,标准段观测断面加速度从仰拱到拱顶呈递增趋势。(3)利用有限元软件Midas GTS/NX建立桥隧搭接结构三维数值模型,通过施加不同激振强度的El Centro波,并在数值模拟和模型试验相互验证的基础上,开展了大量数值模拟工作。分析了不同激振强度作用下标准段衬砌的内力分布情况,并对标准段衬砌和扩大段衬砌设置20cm厚的减震层,以激振峰值为0.4g为例,研究了桥隧搭接结构在有无减震层和不同材料减震层情况下的动力响应特点及变化规律。
【学位单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U452.28;U442.55
【部分图文】：

每个自由度进行ＰＩＤ控制。除此之外，控制系统还可以自动补偿由于试件偏心或系统??几何误差导致的加速度与位移失真，并可同期开展３个单台振动台试验，模拟造波能??力的技术性能指标与单台相同。振动台主要参数和工作台面分别见图２．１和表２．２。??（ａ）振动台台面?（ｂ）振动台控制室??图２．１振动台系统??Ｆｉｇ．?２．１?Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｔａｂｌｅ?ｓｙｓｔｅｍ??表２．２振动台试验系统主要技术参数???Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｈａｋｉｎｇ?ｔａｂｌｅ?ｔｅｓｔ?ｓｙｓｔｅｍ???技术指标??项目名称??；???Ａ台（固疋台）?Ｂ台（移动台）??振动台尺寸（长Ｘ宽）?４ｍＸ４ｍ?４?ｍＸ?４?ｍ??自由度数目?３向６自由度?３向６自由度??双台联动自由度?１２自由度联动??双台间距?６－２５?ｍ可调??最大试件重量?３０?ｔｏｎ??正弦波振动速度?７５０?ｍ／ｓ??最大地震峰值速度?１０００?ｍ／ｓ??最大倾覆力矩?３０?ｔｏｉｖｍ??最大偏心力矩?２０?ｔｏｎ－ｍ??工作频率范围?０．１－５０?Ｈｚ??Ｘ?向?２５０?ｍｍ，±０．８ｇ?（满载）??最大位移与加速度?Ｙ向?２５０?ｍｍ，士?０．８ｇ?（满载）??Ｚ?向?１６０?ｍｍ，±?１．６ｇ?（满载）??２．３．２动态数据采集系统??Ｉ式验中动态数据采集设备川德阿ｉｍｃ集成测控有限公Ｗ的Ｃ系列数据采集系统，??１８??

高速公路桥隧搭接结构地震动力响应特性及减震措施研究??数据采集通道有８０条，可以自动采集并记录动应变、加速度、动土压力、位移等响??应数据，ｉｍｃ数据采集系统见图２．２。??＿＿??（ａ）?ｉｍｃ数据釆集仪器?（ｂ）数据采集室??图２．２数据釆集系统??Ｆｉｇ．?２．２?Ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??２．３．３试验所用传感器??本次振动台模型试验所用的传感器有：加速度计、激光位移传感器、动土压力计??和动应变片等。各传感器型号及主要技术参数详细说明见表２．２，传感器的实物图见??图?２．３。??表２．３传感器主要技术参数??Ｔａｂｌｅ?２．３?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｅｎｓｏｒｓ??传感器名称?型号?主要技术参数??电阻：１２０±ｉａ灵敏度：２．０±１％，量测范围：??应变片?ＢＦ１２０－３ＡＡ??０￣２００００｜ｉｍ／ｍ??测量距离：２００￣１０００ｍｍ，精度：０．０１ｍｍ，采??激光位移计?ＩＬ－６００??样周期：２ｍｓ??量程：０－２００ｋＰａ，?Ｋ值（压力换算系数）为??应变式微型土压力盒?ＬＹ－３５０??０．１１３ｋＰａ／（〇￡，计算公式：Ｐ＝｜〇￡－Ｋ??量程：±２ｇ，灵敏度：２０００ｍＶ／ｇ，频率响应：??加速度传感器?２２１０－００２??０￣２００Ｈｚ，最大冲击值：２０００ｇ??１９??

高速公路桥隧搭接结构地震动力响应特性及减震措施研究??数据采集通道有８０条，可以自动采集并记录动应变、加速度、动土压力、位移等响??应数据，ｉｍｃ数据采集系统见图２．２。??＿＿??（ａ）?ｉｍｃ数据釆集仪器?（ｂ）数据采集室??图２．２数据釆集系统??Ｆｉｇ．?２．２?Ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??２．３．３试验所用传感器??本次振动台模型试验所用的传感器有：加速度计、激光位移传感器、动土压力计??和动应变片等。各传感器型号及主要技术参数详细说明见表２．２，传感器的实物图见??图?２．３。??表２．３传感器主要技术参数??Ｔａｂｌｅ?２．３?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｅｎｓｏｒｓ??传感器名称?型号?主要技术参数??电阻：１２０±ｉａ灵敏度：２．０±１％，量测范围：??应变片?ＢＦ１２０－３ＡＡ??０￣２００００｜ｉｍ／ｍ??测量距离：２００￣１０００ｍｍ，精度：０．０１ｍｍ，采??激光位移计?ＩＬ－６００??样周期：２ｍｓ??量程：０－２００ｋＰａ，?Ｋ值（压力换算系数）为??应变式微型土压力盒?ＬＹ－３５０??０．１１３ｋＰａ／（〇￡，计算公式：Ｐ＝｜〇￡－Ｋ??量程：±２ｇ，灵敏度：２０００ｍＶ／ｇ，频率响应：??加速度传感器?２２１０－００２??０￣２００Ｈｚ，最大冲击值：２０００ｇ??１９??
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本文编号：2874130