• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

叠合装配式管廊结构抗震性能水平与评价方法研究

苗晗 蒋录珍 安军海 李莎 马晓明

苗晗,蒋录珍,安军海,李莎,马晓明,2023. 叠合装配式管廊结构抗震性能水平与评价方法研究. 震灾防御技术,18(1):53−64. doi:10.11899/zzfy20230107. doi: 10.11899/zzfy20230107
引用本文: 苗晗,蒋录珍,安军海,李莎,马晓明,2023. 叠合装配式管廊结构抗震性能水平与评价方法研究. 震灾防御技术,18(1):53−64. doi:10.11899/zzfy20230107. doi: 10.11899/zzfy20230107
Miao Han, Jiang Luzhen, An Junhai, Li sha, Ma Xiaoming. Seismic Performance Level and Evaluation Method of Composite Prefabricated Utility Tunnel[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2023, 18(1): 53-64. doi: 10.11899/zzfy20230107
Citation: Miao Han, Jiang Luzhen, An Junhai, Li sha, Ma Xiaoming. Seismic Performance Level and Evaluation Method of Composite Prefabricated Utility Tunnel[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2023, 18(1): 53-64. doi: 10.11899/zzfy20230107

叠合装配式管廊结构抗震性能水平与评价方法研究

doi: 10.11899/zzfy20230107
基金项目: 河北省自然科学基金(E2019208150);河北省引进留学人员资助项目基金(C20220320)
详细信息
    作者简介:

    苗晗,男,生于1997年。硕士。主要从事地下结构抗震工作。E-mail:872019044@qq.com

    通讯作者:

    蒋录珍,女,生于1980年。博士,副教授。主要从事地下结构抗震工作。E-mail:jiangluzhen@163.com

Seismic Performance Level and Evaluation Method of Composite Prefabricated Utility Tunnel

  • 摘要: 叠合装配式综合管廊因其适用性强成为地下综合管廊建设的重要方向,但在管廊结构抗震分析研究中,缺乏对其抗震性能的合理评价指标。为此建立土-叠合装配式综合管廊有限元数值模型,探讨不同地震动频谱特性和峰值强度对叠合装配式综合管廊加速度响应、位移响应及地震损伤特性的影响,基于层间位移角限值、地震损伤程度及叠合面损伤程度之间的对应关系,提出在水平地震作用下叠合装配式管廊结构抗震性能水平划分,并对其进行物理特征描述,为基于抗震性能的叠合装配式综合管廊结构设计提供参考。
  • 图  1  叠合装配式综合管廊示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of composite fabricated utility tunnel

    图  2  叠合装配式综合管廊横截面尺寸及配筋(单位:毫米)

    Figure  2.  Cross section dimension and reinforcement diagram of composite prefabricated utility tunnel (Unit: mm)

    图  3  三维有限元数值模型及网格划分

    Figure  3.  3D finite element numerical model and meshing

    图  4  黏聚力双折线本构模型

    Figure  4.  Cohesiveness bilinear constitutive model

    图  5  输入地震动加速度时程曲线

    Figure  5.  Seismic wave acceleration time history

    图  6  输入地震动傅里叶谱曲线

    Figure  6.  Seismic wave acceleration time history and its fourier spectrum

    图  7  各工况管廊结构顶、底板加速度峰值曲线

    Figure  7.  Peak acceleration curve of top and bottom plates of utility tunnel structure under various working conditions

    图  8  各工况管廊结构加速度反应谱曲线

    Figure  8.  Acceleration response spectrum curve of utility tunnel structure under various working conditions

    图  9  不同地震动作用下管廊结构层间位移角

    Figure  9.  Story drift cumulative nephogram of tensile damage of utility tunnel structure under

    图  10  左侧墙相对水平位移曲线

    Figure  10.  Relative horizontal displacement curve of left wall

    图  11  中壁墙相对水平位移曲线

    Figure  11.  Relative horizontal displacement curve of middle wall

    图  12  右侧墙相对水平位移曲线

    Figure  12.  Relative horizontal displacement curve of right wall

    图  13  钢筋最大Mises应力云图

    Figure  13.  Max Mises stress nephogram of steel bar

    图  14  不同地震动作用下管廊结构受拉损伤累积云图

    Figure  14.  Cumulative nephogram of tensile damage of utility tunnel structure under different seismic excitation

    图  15  不同强度地震动作用下叠合装配式综合管廊累积损伤云图

    Figure  15.  Cumulative nephogram of composite prefabricated utility tunnel under different PGA

    图  16  不同强度地震动作用下叠合装配式综合管廊叠合面状态云图

    Figure  16.  State nephogram of composite surface of utility tunnel under different PGA

    表  1  场地土层分布及物理参数

    Table  1.   Soil layer distribution and physical parameters of the site

    土层名称埋深/m密度/(kg·m−3泊松比弹性模量/MPa黏聚力/kPa内摩擦角/(°)
    1人工填土21 8000.350201010
    2砂质黏土61 9100.320272812
    3砂质粉土52 0000.300552230
    4粉质黏土81 9800.330643214
    5粉质粉土92 0200.300872925
    6卵石圆砾152 1200.278168031
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    表  2  叠合装配式综合管廊的抗震性能水平划分及物理描述

    Table  2.   Seismic performace level division of composite prefabricated utility tunnel

    抗震水平层间位移角限值性能水平描述
    基本完好$ {\theta _{\max }} \leqslant \dfrac{{0.5}}{{1000}} $结构处于弹性工作阶段,在地震或震后结构完好无损,各构件未出现地震损伤,叠合面性能未受影响,结构无须修补,能够正常使用。
    中轻微破坏$ \dfrac{{0.5}}{{1000}} \leqslant {\theta _{\max }} \leqslant \dfrac{{1.2}}{{1000}} $结构处于弹塑性工作阶段,在地震或震后结构现浇主体各角部位置及大舱室顶、底板跨中位置出现轻微的地震损伤,叠合面性能较好,经简单修补能够正常使用。
    中度破坏$ \dfrac{{1.2}}{{1000}} \leqslant {\theta _{\max }} \leqslant \dfrac{{2.6}}{{1000}} $结构处于弹塑性工作阶段,震后可能发生破坏,结构预制侧墙出现损伤,叠合面损伤程度一般,并未脱开,结构经加固修补后可恢复正常使用功能。
    严重破坏$ \dfrac{{2.6}}{{1000}} \leqslant {\theta _{\max }} \leqslant \dfrac{{5.1}}{{1000}} $结构处于塑性工作阶段,震后发生严重破坏,管廊结构各角部位置可能出现混凝土剥落,结构主要丧失承载能力,叠合面损伤程度严重但并未脱开,钢筋露出,部分钢筋达到屈服强度,但仍有承载能力,结构并未坍塌。
    完全破坏$ \dfrac{{5.1}}{{1000}} \leqslant {\theta _{\max }} $结构完全破坏,叠合面损伤严重,完全脱开,在地震或震后结构构件均遭受严重破坏,完全丧失承载能力。
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  • 收稿日期:  2022-10-24
  • 刊出日期:  2023-03-31

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