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超长沉管隧道多点振动台试验模拟与分析

中国公路学报 2016年第12期29卷 157-165页

作者：袁勇禹海涛燕晓徐国平苏权科同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092 中交公路规划设计院有限公司北京100088 港珠澳大桥管理局广东珠海519015

为研究非一致地震激励下沉管隧道的响应,以在建的港珠澳大桥沉管隧道为背景,基于由4台面振动台组成的线状多功能试验系统,开展了超长沉管隧道的多点振动台模型试验。鉴于超长沉管隧道工程规模和多点振动台试验系统的能力,研究了试验所... 详细信息

为研究非一致地震激励下沉管隧道的响应,以在建的港珠澳大桥沉管隧道为背景,基于由4台面振动台组成的线状多功能试验系统,开展了超长沉管隧道的多点振动台模型试验。鉴于超长沉管隧道工程规模和多点振动台试验系统的能力,研究了试验所需土与结构动力相似比关系,设计并制作了节段式模型箱,用于模拟沿隧道轴向的非一致地震动输入。该模型箱由4个主动箱和8个随动箱组成,总长40m。通过开展离散多点非一致激励空箱振动台试验,验证了通过节段式模型箱将离散多点输入机制转化为连续多点输入机制的可行性。基于室内动三轴试验,测试并确定了最优模型土的配制方案。综合结构惯性力和土-结构相对刚度比的相似分析,通过多种材料比选,最终选用铝合金浇铸件加工模型隧道。试验采用的隧道节段模型尺寸(长×宽×高)为600mm×375mm×170mm,总共98个,隧道模型总长达36.75m。选用与橡胶力学性质相似的硅胶条模拟隧道管节接头的GINA橡胶止水带。通过一系列工况的多点振动台试验模拟,系统获得了沉管隧道模型的非一致激励地震响应规律。通过多工况试验数据分析,分别得到了场地、隧道管节的加速度和隧道管节接头的变化情况,结构纵向加速度响应数据表明行波效应明显。试验结果表明:在常规设计地震(ODE),最大设计地震(MDE)和罕遇设计地震(RDE)的地震强度下,管节接头的变形量均小于允许值,说明隧道结构处于安全状态。

关键词：隧道工程沉管隧道振动台试验抗震设计动力响应分析非一致激励

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地面出入式超浅埋盾构隧道静力响应模型试验

隧道与地下工程灾害防治 2022年第2期4卷 66-72页

作者：陈峰军宗军良王祺禹海涛上海建工集团股份有限公司上海200080 上海黄浦江越江设施投资建设发展有限公司上海200003 同济大学地下建筑与工程系上海200092

以地面出发超浅埋盾构隧道为研究背景,建立相似物理模型,研究地面出入式盾构隧道多工况的静力响应。基于相似比理论,控制分层土弹性模量与原型场地等效,并保证模型盾构隧道横断面刚度和纵向拼装刚度与原型等效,模拟原型超浅埋盾构隧道... 详细信息

以地面出发超浅埋盾构隧道为研究背景,建立相似物理模型,研究地面出入式盾构隧道多工况的静力响应。基于相似比理论,控制分层土弹性模量与原型场地等效,并保证模型盾构隧道横断面刚度和纵向拼装刚度与原型等效,模拟原型超浅埋盾构隧道的受力状态。重点研究在静力作用和地面超载工况下模型的直径变形、接缝张开量和土压力响应,揭示在静力作用下地面出入式盾构隧道的静力响应特征,模拟隧道在运营工况下的结构响应。研究表明,随着埋深从-0.5D(隧道直径)增大至0.5D,隧道的直径变形由“竖鸭蛋”逐渐转变为“横鸭蛋”形式,在埋深为-0.1D时直径变形达到最大,纵缝张开量的总体趋势与直径变形呈现正相关性,结构水平向土压力可近似为三角形分布。

关键词：地面出入超浅埋盾构隧道静力响应模型试验

提运架复合工况下长节段大吨位地下管廊结构安全监测与分析

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科学技术与工程 2023年第31期23卷 13566-13572页

作者：凌松耀林朝付佰勇禹海涛单宏伟许海亮中交二公局第六工程有限公司西安710075 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司北京100120 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 北方工业大学土木工程学院北京100144

为了掌握雄安新区城市综合管廊运输与架设过程中的廊体受力情况,明确多工况荷载对地基沉降和管节拼缝连接的影响,采用应力和变形监测设备对提运架复合工况下的管廊结构受力性能和沉降变形进行了现场监测和安全分析,通过将应变计安装在... 详细信息

为了掌握雄安新区城市综合管廊运输与架设过程中的廊体受力情况,明确多工况荷载对地基沉降和管节拼缝连接的影响,采用应力和变形监测设备对提运架复合工况下的管廊结构受力性能和沉降变形进行了现场监测和安全分析,通过将应变计安装在关键管节的顶板和侧墙位置,并对管廊架设过程中的典型管节布置静力水准仪和测缝计,获得了不同工况下综合管廊的受力和变形数据。结果显示:①综合管廊侧墙受压,顶板受拉,但应力值均未超过混凝土强度标准值;②综合管廊的沉降变形呈波动变化规律,但波动范围较小,最大沉降监测值仅为2.8 mm,管廊结构的沉降变形总体可控;③综合管廊的管节拼缝宽度变形仅为0.05 mm左右,关键管节的接头拼缝连接良好。研究结果表明雄安新区综合管廊的结构受力性能良好,地基沉降和管节拼接不受复合工况动态荷载作用的影响。

关键词：城市综合管廊受力监测沉降变形复合工况现场监测

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沉管隧道接头与管节本体刚度比试验

中国公路学报 2016年第12期29卷 134-141页

作者：禹海涛萧文浩袁勇苏权科徐国平同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 港珠澳大桥管理局广东珠海519015 中交公路规划设计院有限公司北京100088

针对目前沉管隧道接头与管节本体相对刚度比取值既无现成的解析公式或图表可循,也无试验数据支持问题,根据沉管隧道管体及管节接头的结构构造设计特点,设计了几何比尺为1∶10的沉管隧道管节接头力学性能试验,通过对管节接头施加不同的荷... 详细信息

针对目前沉管隧道接头与管节本体相对刚度比取值既无现成的解析公式或图表可循,也无试验数据支持问题,根据沉管隧道管体及管节接头的结构构造设计特点,设计了几何比尺为1∶10的沉管隧道管节接头力学性能试验,通过对管节接头施加不同的荷载,分别得到了管节接头在不同轴向压力下的压缩量曲线、弯矩-转角曲线和剪力-剪切位移曲线;通过计算得到了管节接头与管体在受轴向压力、弯曲荷载和剪切荷载下的刚度比曲线;分别对上述3种刚度比曲线进行了拟合分析,并对刚度比随着接头轴向压力变化的规律进行了讨论。试验结果表明：管节接头在加载和卸载条件下的轴向刚度比并不相同,而且加载轴向刚度比较卸载轴向刚度比大,但是基本上两者均呈线性趋势;随着轴向压力的增大,管节接头与管体的弯曲刚度比和剪切刚度比也均呈线性增加趋势;在沉管隧道管节接头工作水压区间内（对应轴向压力为440-1 760kN）,轴向加、卸载刚度比的变化范围分别为1/360-1/120和1/1 028-1/305,弯曲刚度比的变化范围为1/1 161-1/25,而剪切刚度比的变化范围则为1/76-1/24。相比轴向和弯曲刚度比,沉管隧道接头与管节的剪切刚度比较大,而且其随轴向压力变化的敏感度相对较小。

关键词：隧道工程沉管接头拟静力试验相对刚度比大比尺

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考虑变形缝影响的盾构隧道纵向抗震性能分析

自然灾害学报 2018年第6期27卷 10-18页

作者：禹海涛陈董祎姜海西同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

盾构隧道通过设置变形缝可适应沿纵向的不均匀沉降和变形,但目前盾构隧道结构抗震设计尚未考虑变形缝的影响,且变形缝对盾构隧道的纵向抗震性能的影响机制尚不清晰。本文将盾构隧道简化为三维的等效梁单元,放置在粘弹性地基上,采用地基... 详细信息

盾构隧道通过设置变形缝可适应沿纵向的不均匀沉降和变形,但目前盾构隧道结构抗震设计尚未考虑变形缝的影响,且变形缝对盾构隧道的纵向抗震性能的影响机制尚不清晰。本文将盾构隧道简化为三维的等效梁单元,放置在粘弹性地基上,采用地基弹簧和阻尼单元模拟隧道与土体间的动力相互作用,并通过细观三维精细化模型来模拟变形缝,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的变形缝张开量和错位量等变形。综合考虑不同地震动输入方向和不同地震波频谱特性,对比分析盾构隧道有/无变形缝时的非一致地震响应特征,并对变形缝间距变化进行了参数敏感性分析,系统揭示了变形缝对盾构隧道纵向抗震性能的影响规律。分析结果表明:在隧道纵向布置变形缝能有效减小盾构隧道在地震作用下的轴力和弯矩,但随着变形缝间距的增大,减震效果显著降低。研究结论可为今后类似工程的抗震分析及变形缝设计提供指导。

关键词：盾构隧道地震响应非一致输入变形缝减震效果

软土地区地铁车站横断面抗震设计方法适用性研究

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建筑结构 2014年第23期44卷 80-84页

作者：鲁嘉星禹海涛贾坚同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司上海200092

结合工程设计人员的实际需求,针对上海地区《地下铁道建筑结构抗震设计规范》(DG/TJ 08-2064—2009)中列出的可供选用的四种抗震设计方法进行了详细介绍,重点对比了这些方法与其他同类型方法在计算模型、参数确定方面的不同。并结合实... 详细信息

结合工程设计人员的实际需求,针对上海地区《地下铁道建筑结构抗震设计规范》(DG/TJ 08-2064—2009)中列出的可供选用的四种抗震设计方法进行了详细介绍,重点对比了这些方法与其他同类型方法在计算模型、参数确定方面的不同。并结合实际工程案例,选取三种典型的地铁车站结构横断面形式进行了四种抗震设计方法对比验算,讨论了四种抗震设计方法的适用性。结果表明,惯性力法适用于强度验算,不适用于变形验算;等代水平加速度法的计算结果偏大;反应位移法适用于横断面规则的地铁车站结构的抗震设计验算;地层-结构动力时程分析法的计算结果准确且工作量不大,但其使用范围受限于动力有限元计算方法的普及程度以及该法对于计算机硬件的较高要求。

关键词：地铁车站抗震设计等效静力法时程分析

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土岩变化地层长隧道纵向地震响应解析解

岩土工程学报 2019年第7期41卷 1244-1250页

作者：禹海涛张正伟李攀贺维国赵旭同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125 苏州大学轨道交通学院江苏苏州215131 中铁第六勘察设计院集团有限公司天津300308 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

土岩地层交界面是制约长隧道结构抗震安全的关键控制节点,但现有设计方法均未考虑隧道沿其纵向的地层变化。基于隧道的动力响应特点提出力学模型,将隧道沿纵向简化为两段处于不同地层条件中的半无限长弹性地基梁。通过求解结构的位移微... 详细信息

土岩地层交界面是制约长隧道结构抗震安全的关键控制节点,但现有设计方法均未考虑隧道沿其纵向的地层变化。基于隧道的动力响应特点提出力学模型,将隧道沿纵向简化为两段处于不同地层条件中的半无限长弹性地基梁。通过求解结构的位移微分控制方程,推导出土岩变化地层长隧道纵向地震响应的解析表达式,并引入位移相位角模拟行波效应,提出了面向工程设计的土岩变化地层长隧道纵向抗震简化分析方法。通过与有限元基准模型在相同条件下的对比分析,验证了该方法的有效性。最后应用该解析公式进行参数敏感性分析,揭示了结构刚度、地层剪切波速比等关键因素对土岩变化地层隧道结构地震响应的影响规律:隧道结构刚度越大,结构内力响应越剧烈,隧道地层突变段的内力峰值差越大,地层突变的影响范围也随之变宽;地层剪切波速比越大,隧道地层突变段的内力峰值差越大,但地层突变的影响范围却不受影响。

关键词：地下结构纵向地震响应拟静力法土岩变化地层参数化分析

Ⅲ类场地条件下场地特性对反应位移法的影响评价

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结构工程师 2017年第3期33卷 42-50页

作者：胡恒洋禹海涛袁勇同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

以二维动力时程分析法为基准,分别计算在长、短周期水平地震动作用下两种Ⅲ类场地下的地铁盾构隧道结构产生的内力和变形,对现行反应位移法进行适用性评价。结果表明,隧道位于短周期地震动为主要成分的Ⅲ类场地时,反应位移法计算得到的... 详细信息

以二维动力时程分析法为基准,分别计算在长、短周期水平地震动作用下两种Ⅲ类场地下的地铁盾构隧道结构产生的内力和变形,对现行反应位移法进行适用性评价。结果表明,隧道位于短周期地震动为主要成分的Ⅲ类场地时,反应位移法计算得到的内力增量要略大于有限元动力时程法的计算结果。当隧道位于长周期地震动为主要成分的Ⅲ类场地时,反应位移法的内力增量计算结果较动力时程法的结果偏小。并且Ⅲ类场地长周期地震动作用下,动力时程法计算得到的竖向直径变形率远大于反应位移法。

关键词：盾构隧道抗震计算反应位移法动力时程分析

地下结构抗震分析中若干土层模拟方法对比研究

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防灾减灾工程学报 2019年第2期39卷 244-249,257页

作者：杨喻声禹海涛袁勇同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

动力时程在地下结构抗震分析中应用广泛,土体动力特性的准确模拟对动力时程分析结果有重要影响。介绍了Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型的基本理论,验证了等位移边界条件的有效性。从地表加速度响应和加速度幅值沿深度放大两方面,对... 详细信息

动力时程在地下结构抗震分析中应用广泛,土体动力特性的准确模拟对动力时程分析结果有重要影响。介绍了Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型的基本理论,验证了等位移边界条件的有效性。从地表加速度响应和加速度幅值沿深度放大两方面,对比分析Mohr coulomb模型、Shake91、Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型在2Hz和8Hz正弦波作用下的响应结果。结合理论分析得出:静力Mohr coulomb模型对动力时程分析适用性有限;建议在地下结构抗震分析中采用场地基频与接近地震波主频固有频率计算Rayleigh阻尼参数;Hardin-Drnevich等粘弹性非线性模型比等效线性化方法更适用于地下结构抗震分析。

关键词：动力时程 Shake91 Rayleigh阻尼 Hardin-Drnevich模型