地震作用下隧道式復合錨碇動力響應分析.pdf

1、隨著大跨度橋梁的建設，懸索橋以自身的優(yōu)勢在實際工程得到了越來越廣泛的應用。隧道式復合錨碇體系作為懸索橋的一種新型錨碇結(jié)構(gòu)型式，充分發(fā)揮了預應力錨索軸向剛度大的優(yōu)勢，拓寬了傳統(tǒng)錨碇的工程應用條件及范圍，具有受力更合理、工程造價低、環(huán)境破壞小等特點。與此相關，懸索橋正常使用期間錨碇體系的穩(wěn)定性問題，尤其是地震作用下承載體系的動力響應及其穩(wěn)定性問題日益突出，目前對此問題尚未有研究。為此，本文對隧道式復合錨碇體系在地震作用下的動力響應特性進行了

2、全面的數(shù)值模擬分析，以期為工程抗減震設計及治理措施提供科學可靠的依據(jù)。 隧道式復合錨碇主要是依靠預應力錨索及錨塞體與巖體的相互作用來平衡懸索橋主纜張性拉力的。由于巖體力學性質(zhì)受結(jié)構(gòu)弱面(帶)的影響顯著，復合體系中各子結(jié)構(gòu)的承載作用機理不盡相同等因素，從而導致了地震荷載作用下復合體系及錨址區(qū)邊坡淺層巖體的動力響應極具復雜性。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)震害特點及破壞機理、地下結(jié)構(gòu)地震動力分析方法等研究現(xiàn)狀的基礎上

3、，采用動力時程分析方法，對隧道式復合錨碇體系進行了相關的地震響應分析。 (1)基于波動理論，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系，給出了地震波通過軟弱夾層時的透反射系數(shù)與夾層介質(zhì)波阻抗、巖體波阻抗及夾層厚度的簡單關系。對單一節(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)值模擬手段進行了分析，討論了各種影響因素，并結(jié)合理論分

4、析方法驗證了數(shù)值動力時程分析結(jié)果的可靠性。 . (2)對數(shù)值動力時程分析過程中的人工邊界條件、輸入地震動的校正處理、計算區(qū)域單元離散、動力分析方法等進行了討論，分析了坡高、坡角、巖體力學參數(shù)及輸入地震動特性對邊坡的地震響應影響。得出了邊坡的地震響應隨著坡高與坡角的增大而呈非線性增大關系；自邊坡面至坡體內(nèi)一定深度的巖體在地震動荷載作用下由于自由面效應而出現(xiàn)松動破壞；邊坡地震響應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)

5、定的薄弱部位。 (3)復合體系在承載過程中，預應力錨索一般先于錨塞體承載，且在懸索橋正常運營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)形成了一個壓應力增高帶，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)了一個應力降低區(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。設計主纜荷載作用下，復合體系能滿足主纜承載要求。 (4)地震過程中，復合錨碇體系的地震響應受

6、控于錨址區(qū)巖體的強加變形。在抗震設防地震動作用下，分別對復合體系中預應力錨索、錨塞體、錨室結(jié)構(gòu)及周邊巖體等各子結(jié)構(gòu)的地震動力響應進行了分析。并對地震波的不同入射角度、錨碇體系的不同埋深、地震波的不同強度等影響因素進行了分析。 (5)分析評價了隧道式復合錨碇體系的安全穩(wěn)定性，在七度抗震設防要求下，隧道式復合錨碇體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。地震過程中質(zhì)點的振動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，地震動力響應越小，產(chǎn)生的破壞可