為了應(yīng)對邊坡陡峭、山高谷深的復(fù)雜地形,建設(shè)高速公路時常采用橋臺置于隧道洞內(nèi)的處理方式,即橋隧搭接結(jié)構(gòu)。建設(shè)在軟弱圍巖地區(qū)的橋隧搭接結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下,極易受到損傷或破壞,導(dǎo)致交通中斷,造成巨大的經(jīng)濟損失。因此橋隧搭接結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力反應(yīng)特性、失效機制等問題迫切需要解決,橋隧搭接結(jié)構(gòu)地震動力響應(yīng)規(guī)律及減震措施研究已成為巖土工程中的熱點問題。本文基于國家自然科學(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),并以馬步?jīng)_隧道和馬步?jīng)_大橋這一橋隧搭接工程為背景,開展了高速公路橋隧搭接結(jié)構(gòu)振動臺試驗,并運用有限元軟件進行了數(shù)值模擬研究。此外,在振動臺試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相互驗證的基礎(chǔ)上,對不同條件下的橋隧搭接結(jié)構(gòu)進行了內(nèi)力分析和減震措施及效果分析。本文研究工作和主要成果如下:(1)以相似理論為依據(jù),設(shè)計并完成了幾何比為1:50的軟弱圍巖橋隧搭接結(jié)構(gòu)振動臺試驗。根據(jù)試驗要求,給出了各物理量的相似常數(shù)、相似材料的配合比和物理力學(xué)參數(shù)。確定了模型箱邊界處理方法、橋隧搭接結(jié)構(gòu)的制作過程、測點布置和地震波加載方案。(2)根據(jù)振動臺試驗采集的數(shù)據(jù),研究了橋隧搭接結(jié)構(gòu)的動應(yīng)變、動位移、動土壓力和加速度在不同加載方向汶川波和不同加速度峰值El Centro波作用下的變化規(guī)律。主要成果包括:仰拱大多數(shù)情況下主要承受拉應(yīng)力,拱腳和拱頂則主要承受壓應(yīng)力,樁基礎(chǔ)承受拉壓循環(huán)荷載作用;沿隧道軸線方向地震波對橋隧搭接結(jié)構(gòu)動位移起主導(dǎo)作用,各測點的動位移隨地震波激振峰值的遞增而增大;襯砌拱腰和仰拱處動土壓力響應(yīng)最大;隧道拱頂和仰拱加速度放大系數(shù)從洞口沿隧道軸向深入呈遞減趨勢,橋面板加速度放大系數(shù)從橋跨中到隧道洞口一端呈遞減趨勢,標準段觀測斷面加速度從仰拱到拱頂呈遞增趨勢。(3)利用有限元軟件Midas GTS/NX建立橋隧搭接結(jié)構(gòu)三維數(shù)值模型,通過施加不同激振強度的El Centro波,并在數(shù)值模擬和模型試驗相互驗證的基礎(chǔ)上,開展了大量數(shù)值模擬工作。分析了不同激振強度作用下標準段襯砌的內(nèi)力分布情況,并對標準段襯砌和擴大段襯砌設(shè)置20cm厚的減震層,以激振峰值為0.4g為例,研究了橋隧搭接結(jié)構(gòu)在有無減震層和不同材料減震層情況下的動力響應(yīng)特點及變化規(guī)律。
【學(xué)位單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U452.28;U442.55
【部分圖文】：

每個自由度進行ＰＩＤ控制。除此之外，控制系統(tǒng)還可以自動補償由于試件偏心或系統(tǒng)??幾何誤差導(dǎo)致的加速度與位移失真，并可同期開展３個單臺振動臺試驗，模擬造波能??力的技術(shù)性能指標與單臺相同。振動臺主要參數(shù)和工作臺面分別見圖２．１和表２．２。??（ａ）振動臺臺面?（ｂ）振動臺控制室??圖２．１振動臺系統(tǒng)??Ｆｉｇ．?２．１?Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｔａｂｌｅ?ｓｙｓｔｅｍ??表２．２振動臺試驗系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)???Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｈａｋｉｎｇ?ｔａｂｌｅ?ｔｅｓｔ?ｓｙｓｔｅｍ???技術(shù)指標??項目名稱??；???Ａ臺（固疋臺）?Ｂ臺（移動臺）??振動臺尺寸（長Ｘ寬）?４ｍＸ４ｍ?４?ｍＸ?４?ｍ??自由度數(shù)目?３向６自由度?３向６自由度??雙臺聯(lián)動自由度?１２自由度聯(lián)動??雙臺間距?６－２５?ｍ可調(diào)??最大試件重量?３０?ｔｏｎ??正弦波振動速度?７５０?ｍ／ｓ??最大地震峰值速度?１０００?ｍ／ｓ??最大傾覆力矩?３０?ｔｏｉｖｍ??最大偏心力矩?２０?ｔｏｎ－ｍ??工作頻率范圍?０．１－５０?Ｈｚ??Ｘ?向?２５０?ｍｍ，±０．８ｇ?（滿載）??最大位移與加速度?Ｙ向?２５０?ｍｍ，士?０．８ｇ?（滿載）??Ｚ?向?１６０?ｍｍ，±?１．６ｇ?（滿載）??２．３．２動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)??Ｉ式驗中動態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備川德阿ｉｍｃ集成測控有限公Ｗ的Ｃ系列數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，??１８??

高速公路橋隧搭接結(jié)構(gòu)地震動力響應(yīng)特性及減震措施研究??數(shù)據(jù)采集通道有８０條，可以自動采集并記錄動應(yīng)變、加速度、動土壓力、位移等響??應(yīng)數(shù)據(jù)，ｉｍｃ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)見圖２．２。??＿＿??（ａ）?ｉｍｃ數(shù)據(jù)釆集儀器?（ｂ）數(shù)據(jù)采集室??圖２．２數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)??Ｆｉｇ．?２．２?Ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??２．３．３試驗所用傳感器??本次振動臺模型試驗所用的傳感器有：加速度計、激光位移傳感器、動土壓力計??和動應(yīng)變片等。各傳感器型號及主要技術(shù)參數(shù)詳細說明見表２．２，傳感器的實物圖見??圖?２．３。??表２．３傳感器主要技術(shù)參數(shù)??Ｔａｂｌｅ?２．３?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｅｎｓｏｒｓ??傳感器名稱?型號?主要技術(shù)參數(shù)??電阻：１２０±ｉａ靈敏度：２．０±１％，量測范圍：??應(yīng)變片?ＢＦ１２０－３ＡＡ??０￣２００００｜ｉｍ／ｍ??測量距離：２００￣１０００ｍｍ，精度：０．０１ｍｍ，采??激光位移計?ＩＬ－６００??樣周期：２ｍｓ??量程：０－２００ｋＰａ，?Ｋ值（壓力換算系數(shù)）為??應(yīng)變式微型土壓力盒?ＬＹ－３５０??０．１１３ｋＰａ／（〇￡，計算公式：Ｐ＝｜〇￡－Ｋ??量程：±２ｇ，靈敏度：２０００ｍＶ／ｇ，頻率響應(yīng)：??加速度傳感器?２２１０－００２??０￣２００Ｈｚ，最大沖擊值：２０００ｇ??１９??

高速公路橋隧搭接結(jié)構(gòu)地震動力響應(yīng)特性及減震措施研究??數(shù)據(jù)采集通道有８０條，可以自動采集并記錄動應(yīng)變、加速度、動土壓力、位移等響??應(yīng)數(shù)據(jù)，ｉｍｃ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)見圖２．２。??＿＿??（ａ）?ｉｍｃ數(shù)據(jù)釆集儀器?（ｂ）數(shù)據(jù)采集室??圖２．２數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)??Ｆｉｇ．?２．２?Ｄａｔａ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??２．３．３試驗所用傳感器??本次振動臺模型試驗所用的傳感器有：加速度計、激光位移傳感器、動土壓力計??和動應(yīng)變片等。各傳感器型號及主要技術(shù)參數(shù)詳細說明見表２．２，傳感器的實物圖見??圖?２．３。??表２．３傳感器主要技術(shù)參數(shù)??Ｔａｂｌｅ?２．３?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｅｎｓｏｒｓ??傳感器名稱?型號?主要技術(shù)參數(shù)??電阻：１２０±ｉａ靈敏度：２．０±１％，量測范圍：??應(yīng)變片?ＢＦ１２０－３ＡＡ??０￣２００００｜ｉｍ／ｍ??測量距離：２００￣１０００ｍｍ，精度：０．０１ｍｍ，采??激光位移計?ＩＬ－６００??樣周期：２ｍｓ??量程：０－２００ｋＰａ，?Ｋ值（壓力換算系數(shù)）為??應(yīng)變式微型土壓力盒?ＬＹ－３５０??０．１１３ｋＰａ／（〇￡，計算公式：Ｐ＝｜〇￡－Ｋ??量程：±２ｇ，靈敏度：２０００ｍＶ／ｇ，頻率響應(yīng)：??加速度傳感器?２２１０－００２??０￣２００Ｈｚ，最大沖擊值：２０００ｇ??１９??
【參考文獻】

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本文編號：2874130