[博士]地震作用下隧道式復(fù)合錨碇動(dòng)力響應(yīng)分析

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　　[博士]地震作用下隧道式復(fù)合錨碇動(dòng)力響應(yīng)分析　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度：2008　　隨著大跨度橋梁的建設(shè)，懸索橋以自身的優(yōu)勢(shì)在實(shí)際工程得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隧道式復(fù)合錨旋體系作為懸索橋的一種新型錨旋結(jié)構(gòu)型式，充分發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力錨索軸向剛度大的優(yōu)勢(shì)，拓寬了傳統(tǒng)錨旋的工程應(yīng)用條件及范圍，具有受力更合理、工程造價(jià)低、環(huán)境破壞小等特點(diǎn)。與此相關(guān)，懸索橋正常使用期間錨旋體系的穩(wěn)定性問(wèn)題，尤其是地震作用下承載體系的動(dòng)力響應(yīng)及其穩(wěn)定性問(wèn)題日益突出，目前對(duì)此問(wèn)題尚未有研究。為此，本文對(duì)隧道式復(fù)合錨旋體系在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)特性進(jìn)行了全面的數(shù)值模擬分析，以期為工程抗減震設(shè)計(jì)及治理措施提供科學(xué)可靠的依據(jù)?！　? 隧道式復(fù)合錨旋主要是依靠預(yù)應(yīng)力錨索及錨塞休與巖休的相互作用來(lái)平衡懸索橋主纜張性拉力的。由于巖休力學(xué)性質(zhì)受結(jié)構(gòu)弱面(帶)的影響顯著，復(fù)合體系中各子結(jié)構(gòu)的承載作用機(jī)理不盡相同等因素，從而導(dǎo)致了地震荷載作用下復(fù)合體系及錨址區(qū)邊坡淺層巖體的動(dòng)力響應(yīng)極具復(fù)雜性。研究中，在結(jié)合地震波在巖體中傳播規(guī)律、地下結(jié)構(gòu)震害特點(diǎn)及破壞機(jī)理、地下結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力分析方法等研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用動(dòng)力時(shí)程分析方法，對(duì)隧道式復(fù)合錨旋體系進(jìn)行了相關(guān)的地震響應(yīng)分析。　　 (1)基于波動(dòng)理論，分析了地震波在巖體中傳播的規(guī)律，給出了地震波傳播至巖體結(jié)構(gòu)面時(shí)的透反射系數(shù)與結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)、兩側(cè)巖體波阻抗、地震波入射頻率等各因素的顯式關(guān)系，給出了地震波通過(guò)軟弱夾層時(shí)的透反射系數(shù)與夾層介質(zhì)波阻抗、巖體波阻抗及夾層厚度的簡(jiǎn)單關(guān)系。對(duì)單一節(jié)理、平行節(jié)理、結(jié)構(gòu)弱面(帶)中地震波的傳播采用數(shù)值模擬手段進(jìn)行了分析，討論了各種影響因素，并結(jié)合理論分析方法驗(yàn)證了數(shù)值動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果的可靠性?！　? (2)對(duì)數(shù)值動(dòng)力時(shí)程分析過(guò)程中的人工邊界條件、輸入地震動(dòng)的校正處理、計(jì)算區(qū)域單元離散、動(dòng)力分析方法等進(jìn)行了討論，分析了坡高、坡角、巖體力學(xué)參數(shù)及輸入地震動(dòng)特性對(duì)邊坡的地震響應(yīng)影響。得出了邊坡的地震響應(yīng)隨著坡高與坡角的增大而呈非線性增大關(guān)系;自邊坡面至坡體內(nèi)一定深度的巖體在地震動(dòng)荷載作用卜由于自由面效應(yīng)而出現(xiàn)松動(dòng)破壞;邊坡地震響應(yīng)的最大值一般位于坡腰處;巖體小斷層或軟弱結(jié)構(gòu)帶為邊坡穩(wěn)定的薄弱部位?！　? (3)復(fù)合體系在承載過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力錨索一般先于錨塞體承載，且在懸索橋正常運(yùn)營(yíng)階段其軸力分布形態(tài)及大小基本不變。在錨索自由段附近及錨塞體前端巖體區(qū)域內(nèi)形成了一個(gè)壓應(yīng)力增高帶，而在錨固段及其下部、錨塞體后端斜向外側(cè)區(qū)域出現(xiàn)了一個(gè)應(yīng)力降低區(qū)，錨址區(qū)巖體在主纜張性荷載作用下產(chǎn)生沿主纜作用力方向斜向上的“倒塞形”位移及趨勢(shì)。設(shè)計(jì)主纜荷載作用下，復(fù)合體系能滿足主纜承載要求?！　? (4)地震過(guò)程中，復(fù)合錨旋體系的地震響應(yīng)受控于錨址區(qū)巖體的強(qiáng)加變形。在抗震設(shè)地震動(dòng)作用下，分別對(duì)復(fù)合體系中預(yù)應(yīng)力錨索、錨塞體、錨室結(jié)構(gòu)及周邊巖體等各子結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析。并對(duì)地震波的不同入射角度、錨錠體系的不同埋深、地震波的不同強(qiáng)度等影響因素進(jìn)行了分析?！　? (5)分析評(píng)價(jià)了隧道式復(fù)合錨錠體系的安全穩(wěn)定性，在七度抗震設(shè)防要求下，隧道式復(fù)合錨旋體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。地震過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度是巖體破壞的決定因素之一，相鄰介質(zhì)的約束作用越強(qiáng)，地震動(dòng)力響應(yīng)越小，產(chǎn)生的破壞可能性越小;錨址區(qū)邊坡淺層巖體在地震過(guò)程中主要產(chǎn)生朝向坡外的永久性位移，且破壞程度及殘余位移大小自坡面向坡休內(nèi)迅速減小。對(duì)于硬巖中的地下結(jié)構(gòu)體系，加固巖層達(dá)到的減震效果并不顯著，而采用曲墻襯砌、設(shè)置仰拱、安設(shè)鎖腳錨桿、增大襯砌韌性及延性等結(jié)構(gòu)型式及工程材料的改變對(duì)結(jié)構(gòu)的抗減震是有利的。

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