高速鐵路橋隧搭接結(jié)構(gòu)地震動力響應(yīng)試驗研究.pdf

1、近年來，隨著中國經(jīng)濟的騰飛，我國西部地區(qū)高速鐵路建設(shè)得到了迅猛發(fā)展。由于西部地區(qū)地形條件復(fù)雜，因而，在山嶺地區(qū)的高速鐵路建設(shè)中，常采用橋梁與隧道相互搭接的連接形式。由于我國西部地區(qū)多為地震災(zāi)害頻發(fā)地段，建在軟弱圍巖中的橋隧搭接結(jié)構(gòu)極易遭受嚴(yán)重破壞。橋隧搭接結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下，極易受到嚴(yán)重的損傷或破壞，并將造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。因此，開展對橋隧搭接段的地震動力響應(yīng)及抗震減災(zāi)措施的研究，具有重要的理論意義和廣闊的工程應(yīng)用前景。本文

2、依托國家自然科學(xué)基金項目“基于損傷累積效應(yīng)的橋隧搭接結(jié)構(gòu)地震動力響應(yīng)研究”(編號:51408617)，以滬-昆高速鐵路中某分離式洞口橋隧搭接工程為研究背景，對高速鐵路分離式橋隧搭接結(jié)構(gòu)開展了相關(guān)的試驗和理論研究。通過大型振動臺試驗和相應(yīng)的理論分析，系統(tǒng)地探索了分離式洞口橋隧搭接段的地震動力響應(yīng)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，揭示了分離式洞口橋隧搭接段的地震破壞機理。本文的主要研究工作內(nèi)容和取得的研究進展及創(chuàng)新結(jié)論如下。
　　一、本文的主要研究工

3、作內(nèi)容
　　1)基于相似理論，確定了主要物理量的相似常數(shù)，并依據(jù)試驗要求與研究目標(biāo)，設(shè)計并制作完成了相似比為1∶30的高速鐵路分離式橋隧搭接結(jié)構(gòu)模型;通過配比試驗，確定了模型的混凝土相似材料參數(shù);針對振動臺試驗中模型箱體邊界的反射問題，采取了有效的隔離消能措施，減少或消除邊界反射效應(yīng)對試驗結(jié)果的影響。
　　2)根據(jù)振動臺對地震波輸入的適應(yīng)性和可靠性，分別選取了EI Centro波、汶川波及Kobe波等作為試驗的輸入地震波，并

4、對未滿足振動臺適應(yīng)性要求的輸入波進行了濾波處理。在綜合考慮地震波的類型、激振強度、加載方向及順序等多因素影響的基礎(chǔ)上，提出了合理的地震波加載方案。通過加載試驗，分別測定了在不同的工況條件下，分離式橋隧搭接段各部位的加速度、動位移和動應(yīng)變等。
　　3)通過對大型振動臺模型試驗結(jié)果分析，探索了高速鐵路分離式橋隧搭接段在各種工況條件下的加速度、動位移和動應(yīng)變的地震動力響應(yīng)規(guī)律;研究了分離式橋隧搭接段在地震作用下隧道與橋臺之間的相互影響規(guī)

5、律;探討并分析了分離式橋隧搭接的地震破壞機理及其抗震設(shè)防措施。
　　二、本文所取得的主要研究進展及創(chuàng)新結(jié)論
　　通過試驗和理論研究，本文探明了在不同加載方向的地震波、不同激振強度的地震波和不同類型的地震波作用下，對橋隧搭接結(jié)構(gòu)的加速度、動位移和動應(yīng)變的影響規(guī)律;揭示了分離式橋隧搭接結(jié)構(gòu)的地震破壞機理;提出了分離式橋隧搭接結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防措施。
　　1)不同加載方向的地震波對加速度、動位移和動應(yīng)變的影響規(guī)律
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6、不同方向的地震波作用下，縱向地震波對橋隧搭接段的影響最大，豎向地震波對其影響最小?？v向或者橫向地震波的參與對豎向地震波作用效果的影響較大，但豎向地震波對縱向或者橫向水平地震波的作用效果的影響均較小。橋隧搭接段在地震荷載下的加速度動力響應(yīng)，主要由水平方向的縱向波和橫向波起主導(dǎo)作用。
　?、谠诓煌较虻卣鸩ㄗ饔孟拢瑯蛩泶罱佣沃谐霈F(xiàn)最大縱向動位移的位置不同。在縱向地震波作用下，橋端位置處的縱向動位移值最大;在橫向和豎向地震波作用下，擴大

7、段襯砌拱頂位置處的縱向動位移值最大。
　?、墼赬向、XY雙向和XZ雙向加載條件下，擴大段近洞口襯砌上各測點動應(yīng)變峰值，從拱腳到拱頂隨高程呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。擴大段遠(yuǎn)洞口襯砌上各測點動應(yīng)變峰值，從拱腳到拱頂隨高程增大而增大。
　?、茉谟醒厮淼垒S向的地震波作用下，擴大段近洞口截面襯砌的動應(yīng)變比擴大段遠(yuǎn)洞口截面襯砌的動應(yīng)變大。因此，對擴大段近洞口處襯砌的抗震設(shè)防需要更加引起重視。
　　2)不同激振強度的地震波對加速度、

8、動位移和動應(yīng)變的影響規(guī)律
　?、贅蛩泶罱佣胃麝P(guān)鍵測點的橫向和縱向加速度峰值隨地震波激振強度的增大而增大，其加速度放大系數(shù)也均隨地震波激振強度的增大而增大。橋隧搭接段各關(guān)鍵測點豎向加速度峰值隨地震波激振強度的增大而增大，但加速度放大系數(shù)隨地震波激振強度的增大而呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。
　　②不同激振強度作用下，擴大段襯砌各測點動位移隨激振強度的增大而增大。其中，橋端的動位移最大。橋臺頂和標(biāo)準(zhǔn)段仰拱的豎向動位移隨激振強度增大而

9、增大。其中，在橋臺頂?shù)膭游灰频脑龇?。?biāo)準(zhǔn)段頂部土體和擴大段仰坡土體的豎向動位移也隨激振強度增大而增大。在Amax小于0.4g時，標(biāo)準(zhǔn)段頂部土體動位移比擴大段仰坡土體動位移大，但二者的增大速率相近。在Amax大于0.4g時，擴大段仰坡土體位移大幅增大，動位移值超過標(biāo)準(zhǔn)段頂部土體的動位移值。
　?、蹣蛩泶罱佣螖U大段的1-1截面和1-2截面襯砌各測點的動應(yīng)變的正、負(fù)峰值隨激振強度的增大而增大。在1-1截面（近洞口段）的襯砌中，拱肩位

10、置處的動應(yīng)變增長速率最大。在1-2截面（遠(yuǎn)洞口段）的襯砌中，拱腰位置處的動應(yīng)變增長速率最大。這一規(guī)律說明，在擴大段中，近洞口段襯砌和遠(yuǎn)洞口段襯砌對地震強度的敏感部位是不一樣的。
　　3)不同類型的地震波對加速度、動位移和動應(yīng)變的影響規(guī)律
　　①橋隧搭接段在不同地震波作用下，各測點的加速度峰值及加速度放大系數(shù)變化趨勢相近。橫向加速度最大峰值均出現(xiàn)在橋臺頂部位置，橫向加速度最小峰值出現(xiàn)在橋梁跨中位置;豎向最大加速度峰值及其最大放

11、大系數(shù)均出現(xiàn)在橋梁跨中位置。地震波類型對橋隧搭接段各位置的加速度峰值和加速度放大效應(yīng)影響不大。
　?、谠贓I Centro波、San Fernando波和汶川波三種地震波中，EI Centro波對橋隧搭接段的Y向和Z向的動位移影響最大。而在EI Centro波、Kobe波和Taft波中，Taft波對橋隧搭接段的Y向和Z向的動位移影響最大。
　　③在EI Centro波(EI)、San Fernando(SF)波和汶川波(WC

12、)等三種不同類型的地震波作用下，在擴大段襯砌近洞口斷面和遠(yuǎn)洞口斷面兩個截面中，各測點的動應(yīng)變發(fā)展趨勢基本一致。即兩個截面的動應(yīng)變均隨高程的增大而先增大后減小，在拱腰處的正、負(fù)動應(yīng)變峰值最大。這一規(guī)律說明，地震波類型對橋隧搭接段的動應(yīng)變影響較小。
　　綜上所述，本文探索了高速鐵路分離式橋隧搭接段在各種工況條件下的加速度、動位移和動應(yīng)變的地震動力響應(yīng)規(guī)律;研究了分離式橋隧搭接段在地震作用下隧道與橋臺之間的相互影響規(guī)律;并最終揭示了高速