桥涵路基的地震动力响应分析(附件)
摘要：交通网络覆盖面大，所包含的基础设施比较多。以往在分析交通系统地震动力响应时，工作区以城区为主，多为考虑路段、桥梁、隧道、铁路等建（构）筑物所构成的网络系统，并不包括涵洞工程。但是在公路交通中，涵洞所占的比重不容忽视。根据资料表明，涵洞在地震中都会遭到不同程度的损坏。通过研究涵洞的地震动力响应分析，能够为涵洞工程的设计、施工提供一定的技术支持，为涵洞的防震提供理论依据。目前，关于这方面的研究方法多用解析法、物理实验法和数值模拟法。分析动力响应可用的方法有数值模拟法、物理实验法。本文运用ABAQUS，使用有限单元法，研究一段宽度为30米，高2.2米，衬砌为C30混凝土浇筑的过路涵洞在地震作用下的动力响应。结果表明，在地震中，衬砌会发生较为明显的位移，衬砌四周出现大面积塑性区域，这与涵洞震害表现一致。关键词 涵洞，动力响应，数值模拟，ABAQUS目 录
1 绪论 2
1.1 研究背景 2
1.2 研究意义 3
2 涵洞工程简介 4
2.1 涵洞的定义 4
2.2 涵洞的结构 5
2.2.1 洞口建筑 5
2.2.2 洞身建筑 6
2.3 涵洞的特点 6
2.4 涵洞的发展前景 6
3 相关研究 6
3.1 研究现状 6
3.2 国内外相关研究方法总结整理 10
3.2.1 解析法 10
3.2.2 物理模拟法 10
3.2.3 数值模拟法 11
4 案例数值分析 15
4.1 建立模型 15
4.2 定义材料属性与边界条件 16
4.3 地震波选取 17
4.4 模拟方案 18
4.5 计算结果与分析 18
4.5.1 X方向作用的结果 18
4.5.2 Z方向作用的结果 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 研究背景
我们中国是一个地震多发的国家，特别是
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
4.4 模拟方案 18
4.5 计算结果与分析 18
4.5.1 X方向作用的结果 18
4.5.2 Z方向作用的结果 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 研究背景
我们中国是一个地震多发的国家，特别是在中西部地区。大地震的发生虽然为小概率事件，且发生频率并不大，但万一发生所造成的破坏却是相当严重的，这对于桥涵路基也不例外。1976年发生的唐山大地震、1996年初中国云南丽江发生地震、1999年发生台湾大地震、2008年发生的汶川地震与2010年发生玉树地震，这些地震都造成了巨大人员伤亡与财产损失。虽然说特大地震的反生频率不大，但是近几年我们从各种新闻上也能经常看到地震的发生，虽然那说其破坏性不是特别强，但这也足够引起我们警惕。当然，当一件坏的事情发生之后，人们就会去思考该怎样预防这件事情的再次发生或者怎样做才能在当中更好的生存下来。因此地震的频发也督促人们不断的研究和分析地震的发生原因，进行防震抗震，而且也促进了地震工程学的发展。当地震发生时，在地震合荷载的作用下桥涵路基都受到严重的损坏，这就造成救援工作无法迅速展开，从而造成了巨大的生命与财产损失。
我国是一个幅员辽阔的、山脉众多的国家。道路、铁路交通系统发达且庞大，而因为我国有大量的山脉，所以在庞大的道路、铁路交通系统中存在这众多的隧涵洞，这些数量庞大的涵洞在交通系统中占有极其重要的地位。近年来地震频发，这对涵洞在地震中的生存能力产生极大的考验。2008年我国四川省汶川县发生了里氏8.0级大地震，此次地震烈度达到9级。地震波及大半个中国级亚洲多个国家和地区。而四川地处我国大陆西南腹地，东部为川东平行岭谷和川中丘陵，中部为四川盆地和成都平原，西部为川西高原。地震震中所在地区汶川多为山谷丘陵地区。在四川及其周边省市地区多山岭，在其道路交通系统中存在这大量的涵洞，此次地震也对涵洞造成了较为严重的破坏，而在一定程度上延缓了救援工作的开展。
通过调查研究显示，在汶川大地震中个类涵洞主要破坏情况有：（1）板涵：涵底和涵身出现裂缝、断裂现象，盖板的不同部位也出现裂缝、混凝土空洞、露筋和钢筋锈蚀等现象。（2）拱涵：拱顶出现裂缝，出现空洞、露筋、破损等现象，台身断裂，脱开。（3）管涵：主体严重损坏，沿石缺损。（4）涵洞洞口建筑物的破坏情况主要有：端墙与八字墙产生裂缝，倾斜，移动，悬空等现象并与涵洞的主体断开。（5）出现跌水井破损和急流槽断开等现象[1]。当然还出现了例如涵洞淤积、路基塌方、山体滑坡直接摧毁涵洞结构等一系列破坏，就不在此一一列举。总的来说在汶川大地震中，四川及其周边省市自治区交通系统中的涵洞都遭到了严重破坏，基本丧失其功能。而在紧随其后的2010年玉树地震中涵洞岁遭受的破坏与汶川地震基本相同，甚至可以说是别无二致。
从1976年唐山大地震到2008年汶川大地震再到2010年玉树地震，在我国建国以来所发生的三次大地震中涵洞都遭到比较严重的破坏，这其中还并不包括在这之间发生的各种小地震。从一次次的调查当中我们可以发现我国的涵洞工程始终存在这较多的问题，其在地震中的生存能力也尤为不足。
图1.1板涵台身断裂下沉 ，涵墙断裂 图1.2出口侧墙裂缝，洞口淤积，功能丧失
图1.3板涵洞口八字墙与主体断开 图3-4 板涵盖板断裂，露筋，主体损毁
1.2 研究意义
这些年来，随着我国经济的迅猛发展和西部大开发战略的开展和实施，大量的道路、桥梁、涵洞将修建在活断层附近和高烈度地震区，并且由汶川地震及近年来的世界地震频发等事件，引起人们对工程震灾的更多重视。因此开展对桥涵路基的地震动力响应分析更有时代意义。且如何分析地震区道路路基、桥梁、涵洞的稳定性能，为桥涵路基的抗震提供科学准确依据，对桥涵路基的选址、设计和施工均具有重大的指导意义。
对桥涵路基在地震作用下的动力响应规律、稳定性、失稳机制等科学问题进行深入系统研究，不但能够推进地震地基稳定性理论的发展与创新，而且能够为涵洞工程设施的设计和施工提供一定的技术支持，具有重大的理论意义和现实意义。
交通网络覆盖面比较大，所包含的基础设施较多。在以往的研究中，人们更多研究分析了路段、桥梁、路边建筑、隧道、铁路等建( 构) 筑物的地震稳定性，而忽略了涵洞。但是在公路交通与铁路中，涵洞所占比重不容忽视。根据相关资料统计，涵洞工程数量约占桥涵总数的 60% ～ 70% ，平原地区，每公里约有 1 ～ 3 道，山岭重丘区，每公里平均约有 4 ～ 6 道。涵洞工程造价约占桥梁总额的 40% 左右[18]。因此，涵洞工程在地震中是否能完整生存直接关系到震后救援的抵达速度。通过对比涵洞与桥梁可以发现，虽然涵洞的孔径相对比较小，但是在施工技术方面、结构组成等方面两者还是具有一定相似性的，且涵洞与桥梁的功能也颇为相似。所以，涵洞应当作为进行交通系统工程防震抗震的重要因素，
1 绪论 2
1.1 研究背景 2
1.2 研究意义 3
2 涵洞工程简介 4
2.1 涵洞的定义 4
2.2 涵洞的结构 5
2.2.1 洞口建筑 5
2.2.2 洞身建筑 6
2.3 涵洞的特点 6
2.4 涵洞的发展前景 6
3 相关研究 6
3.1 研究现状 6
3.2 国内外相关研究方法总结整理 10
3.2.1 解析法 10
3.2.2 物理模拟法 10
3.2.3 数值模拟法 11
4 案例数值分析 15
4.1 建立模型 15
4.2 定义材料属性与边界条件 16
4.3 地震波选取 17
4.4 模拟方案 18
4.5 计算结果与分析 18
4.5.1 X方向作用的结果 18
4.5.2 Z方向作用的结果 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 研究背景
我们中国是一个地震多发的国家，特别是
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
4.4 模拟方案 18
4.5 计算结果与分析 18
4.5.1 X方向作用的结果 18
4.5.2 Z方向作用的结果 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 研究背景
我们中国是一个地震多发的国家，特别是在中西部地区。大地震的发生虽然为小概率事件，且发生频率并不大，但万一发生所造成的破坏却是相当严重的，这对于桥涵路基也不例外。1976年发生的唐山大地震、1996年初中国云南丽江发生地震、1999年发生台湾大地震、2008年发生的汶川地震与2010年发生玉树地震，这些地震都造成了巨大人员伤亡与财产损失。虽然说特大地震的反生频率不大，但是近几年我们从各种新闻上也能经常看到地震的发生，虽然那说其破坏性不是特别强，但这也足够引起我们警惕。当然，当一件坏的事情发生之后，人们就会去思考该怎样预防这件事情的再次发生或者怎样做才能在当中更好的生存下来。因此地震的频发也督促人们不断的研究和分析地震的发生原因，进行防震抗震，而且也促进了地震工程学的发展。当地震发生时，在地震合荷载的作用下桥涵路基都受到严重的损坏，这就造成救援工作无法迅速展开，从而造成了巨大的生命与财产损失。
我国是一个幅员辽阔的、山脉众多的国家。道路、铁路交通系统发达且庞大，而因为我国有大量的山脉，所以在庞大的道路、铁路交通系统中存在这众多的隧涵洞，这些数量庞大的涵洞在交通系统中占有极其重要的地位。近年来地震频发，这对涵洞在地震中的生存能力产生极大的考验。2008年我国四川省汶川县发生了里氏8.0级大地震，此次地震烈度达到9级。地震波及大半个中国级亚洲多个国家和地区。而四川地处我国大陆西南腹地，东部为川东平行岭谷和川中丘陵，中部为四川盆地和成都平原，西部为川西高原。地震震中所在地区汶川多为山谷丘陵地区。在四川及其周边省市地区多山岭，在其道路交通系统中存在这大量的涵洞，此次地震也对涵洞造成了较为严重的破坏，而在一定程度上延缓了救援工作的开展。
通过调查研究显示，在汶川大地震中个类涵洞主要破坏情况有：（1）板涵：涵底和涵身出现裂缝、断裂现象，盖板的不同部位也出现裂缝、混凝土空洞、露筋和钢筋锈蚀等现象。（2）拱涵：拱顶出现裂缝，出现空洞、露筋、破损等现象，台身断裂，脱开。（3）管涵：主体严重损坏，沿石缺损。（4）涵洞洞口建筑物的破坏情况主要有：端墙与八字墙产生裂缝，倾斜，移动，悬空等现象并与涵洞的主体断开。（5）出现跌水井破损和急流槽断开等现象[1]。当然还出现了例如涵洞淤积、路基塌方、山体滑坡直接摧毁涵洞结构等一系列破坏，就不在此一一列举。总的来说在汶川大地震中，四川及其周边省市自治区交通系统中的涵洞都遭到了严重破坏，基本丧失其功能。而在紧随其后的2010年玉树地震中涵洞岁遭受的破坏与汶川地震基本相同，甚至可以说是别无二致。
从1976年唐山大地震到2008年汶川大地震再到2010年玉树地震，在我国建国以来所发生的三次大地震中涵洞都遭到比较严重的破坏，这其中还并不包括在这之间发生的各种小地震。从一次次的调查当中我们可以发现我国的涵洞工程始终存在这较多的问题，其在地震中的生存能力也尤为不足。
图1.1板涵台身断裂下沉 ，涵墙断裂 图1.2出口侧墙裂缝，洞口淤积，功能丧失
图1.3板涵洞口八字墙与主体断开 图3-4 板涵盖板断裂，露筋，主体损毁
1.2 研究意义
这些年来，随着我国经济的迅猛发展和西部大开发战略的开展和实施，大量的道路、桥梁、涵洞将修建在活断层附近和高烈度地震区，并且由汶川地震及近年来的世界地震频发等事件，引起人们对工程震灾的更多重视。因此开展对桥涵路基的地震动力响应分析更有时代意义。且如何分析地震区道路路基、桥梁、涵洞的稳定性能，为桥涵路基的抗震提供科学准确依据，对桥涵路基的选址、设计和施工均具有重大的指导意义。
对桥涵路基在地震作用下的动力响应规律、稳定性、失稳机制等科学问题进行深入系统研究，不但能够推进地震地基稳定性理论的发展与创新，而且能够为涵洞工程设施的设计和施工提供一定的技术支持，具有重大的理论意义和现实意义。
交通网络覆盖面比较大，所包含的基础设施较多。在以往的研究中，人们更多研究分析了路段、桥梁、路边建筑、隧道、铁路等建( 构) 筑物的地震稳定性，而忽略了涵洞。但是在公路交通与铁路中，涵洞所占比重不容忽视。根据相关资料统计，涵洞工程数量约占桥涵总数的 60% ～ 70% ，平原地区，每公里约有 1 ～ 3 道，山岭重丘区，每公里平均约有 4 ～ 6 道。涵洞工程造价约占桥梁总额的 40% 左右[18]。因此，涵洞工程在地震中是否能完整生存直接关系到震后救援的抵达速度。通过对比涵洞与桥梁可以发现，虽然涵洞的孔径相对比较小，但是在施工技术方面、结构组成等方面两者还是具有一定相似性的，且涵洞与桥梁的功能也颇为相似。所以，涵洞应当作为进行交通系统工程防震抗震的重要因素，
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