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

1、近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(jì)損失。因此，開展對(duì)橋隧搭接段的地震動(dòng)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(xiàng)目“基于損傷累積效應(yīng)的橋隧搭接結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力響應(yīng)研究”(編號(hào):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(duì)高速鐵路分離式橋隧搭接結(jié)構(gòu)開展了相關(guān)的試驗(yàn)和理論研究。通過大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)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(dòng)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(jī)理。本文的主要研究工作內(nèi)容和取得的研究進(jìn)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(yàn)要求與研究目標(biāo)，設(shè)計(jì)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(yàn)，確定了模型的混凝土相似材料參數(shù);針對(duì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
　　2)根據(jù)振動(dòng)臺(tái)對(duì)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(yàn)的輸入地震波，并

4、對(duì)未滿足振動(dòng)臺(tái)適應(yīng)性要求的輸入波進(jìn)行了濾波處理。在綜合考慮地震波的類型、激振強(qiáng)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(yàn)，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(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)變等。
　　3)通過對(duì)大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)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(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)變的地震動(dòng)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(tái)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(jī)理及其抗震設(shè)防措施。
　　二、本文所取得的主要研究進(jìn)展及創(chuàng)新結(jié)論
　　通過試驗(yàn)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(qiáng)度的地震波和不同類型的地震波作用下，對(duì)橋隧搭接結(jié)構(gòu)的加速度、動(dòng)位移和動(dòng)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(jī)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(duì)加速度、動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)變的影響規(guī)律
　?、僭?/p>

6、不同方向的地震波作用下，縱向地震波對(duì)橋隧搭接段的影響最大，豎向地震波對(duì)其影響最小?？v向或者橫向地震波的參與對(duì)豎向地震波作用效果的影響較大，但豎向地震波對(duì)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(dòng)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?，橋隧搭接段中出現(xiàn)最大縱向動(dòng)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(dòng)位移值最大;在橫向和豎向地震波作用下，擴(kuò)大

7、段襯砌拱頂位置處的縱向動(dòng)位移值最大。
　　③在X向、XY雙向和XZ雙向加載條件下，擴(kuò)大段近洞口襯砌上各測點(diǎn)動(dòng)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(kuò)大段遠(yuǎn)洞口襯砌上各測點(diǎn)動(dòng)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(kuò)大段近洞口截面襯砌的動(dòng)應(yīng)變比擴(kuò)大段遠(yuǎn)洞口截面襯砌的動(dòng)應(yīng)變大。因此，對(duì)擴(kuò)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(qiáng)度的地震波對(duì)加速度、

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

9、增大。其中，在橋臺(tái)頂?shù)膭?dòng)位移的增幅更大。標(biāo)準(zhǔn)段頂部土體和擴(kuò)大段仰坡土體的豎向動(dòng)位移也隨激振強(qiáng)度增大而增大。在Amax小于0.4g時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)段頂部土體動(dòng)位移比擴(kuò)大段仰坡土體動(dòng)位移大，但二者的增大速率相近。在Amax大于0.4g時(shí)，擴(kuò)大段仰坡土體位移大幅增大，動(dòng)位移值超過標(biāo)準(zhǔn)段頂部土體的動(dòng)位移值。
　　③橋隧搭接段擴(kuò)大段的1-1截面和1-2截面襯砌各測點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)變的正、負(fù)峰值隨激振強(qiáng)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(dòng)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(dòng)應(yīng)變增長速率最大。這一規(guī)律說明，在擴(kuò)大段中，近洞口段襯砌和遠(yuǎn)洞口段襯砌對(duì)地震強(qiáng)度的敏感部位是不一樣的。
　　3)不同類型的地震波對(duì)加速度、動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)變的影響規(guī)律
　?、贅蛩泶罱佣卧诓煌卣鸩ㄗ饔孟?，各測點(diǎn)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(tái)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(duì)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(duì)橋隧搭接段的Y向和Z向的動(dòng)位移影響最大。而在EI Centro波、Kobe波和Taft波中，Taft波對(duì)橋隧搭接段的Y向和Z向的動(dòng)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(kuò)大段襯砌近洞口斷面和遠(yuǎn)洞口斷面兩個(gè)截面中，各測點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)變發(fā)展趨勢基本一致。即兩個(gè)截面的動(dòng)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(dòng)應(yīng)變峰值最大。這一規(guī)律說明，地震波類型對(duì)橋隧搭接段的動(dòng)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(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)變的地震動(dòng)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(tái)之間的相互影響規(guī)律;并最終揭示了高速