土－海底沉管隧道體系三維地震響應(yīng)分析＊

張如林，樓夢(mèng)麟，袁 勇

（1.同濟(jì)大學(xué) 土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266555；3.同濟(jì)大學(xué) 巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)已修建了百余座海底沉管隧道，中國(guó)已經(jīng)建成的有10多座.為了減少由于溫度、不均勻沉降等因素引起的內(nèi)力，沉管隧道一般由多節(jié)混凝土管節(jié)連接而成，接頭一般設(shè)計(jì)為半柔或全柔性，接頭部位往往是最薄弱的環(huán)節(jié).沉管隧道的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要求接頭有足夠的變形能力以保證隧道的水密性.地震發(fā)生時(shí)，強(qiáng)烈的地震作用將影響沉管地基土體的穩(wěn)定性，可能會(huì)造成接頭處拉伸破裂，一旦遭到水淹造成破壞，將產(chǎn)生災(zāi)難性后果且修復(fù)十分困難，因此對(duì)沉管隧道進(jìn)行地震響應(yīng)分析，研究其抗震性能十分重要.由于沉管隧道建設(shè)歷史較短，還未見到沉管隧道地震時(shí)遭受嚴(yán)重破壞的文獻(xiàn)或報(bào)道[1].

鑒于土－海底沉管隧道體系的復(fù)雜性，進(jìn)行模擬振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)難度較大，可采用數(shù)值方法進(jìn)行研究.近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于質(zhì)量－彈簧模型和三維有限元法對(duì)沉管隧道的抗震問題進(jìn)行了研究.質(zhì)量－彈簧模型首先由日本學(xué)者田村重四郎和岡本舜三提出[2]，之后得到廣泛應(yīng)用.Anastasopoulos等[1]采用梁－彈簧模型對(duì)深水條件下沉管隧道的非線性抗震性能進(jìn)行了研究.Lyngs[3]采用不同計(jì)算模式對(duì)沉管隧道的抗震精度進(jìn)行了比較分析.Oorsouw[4]研究了地震作用下隧道采用不同接頭形式時(shí)接頭部位的力學(xué)性能和變形特點(diǎn).Choshiro等[2]總結(jié)了日本所建沉管隧道的抗震設(shè)計(jì)情況，建議沉管隧道采用柔性接頭.國(guó)內(nèi)韓大建等[5]、嚴(yán)松宏等[6]分別采用質(zhì)量－彈簧簡(jiǎn)化模型對(duì)沉管隧道的抗震性能進(jìn)行研究.在采用簡(jiǎn)化模型時(shí)，土層彈簧剛度的取值存在不確定性，土體和隧道及隧道接頭連接部分做了一定簡(jiǎn)化，與三維計(jì)算結(jié)果可能會(huì)有較大差異[7].金先龍等[8]采用顯式有限元方法，建立了包括地基土體、沉管隧道以及柔性接頭在內(nèi)的全三維模型進(jìn)行分析，但其計(jì)算量較大，不適用于超長(zhǎng)沉管隧道[7].

本文以港珠澳大橋工程中的海底沉管隧道為研究背景，選取處于地質(zhì)地形復(fù)雜多變的斜坡段隧道管節(jié)，建立土－沉管隧道體系三維精細(xì)化有限元數(shù)值分析模型，探討沉管隧道的縱向地震響應(yīng)的特點(diǎn).

1 動(dòng)力顯式有限元方法

地震激勵(lì)時(shí)結(jié)構(gòu)體系動(dòng)力反應(yīng)的控制方程為：

式中：M，C和K分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣；˙u（）t，u¨（）t和u（）t分別為節(jié)點(diǎn)的加速度、速度和位移向量；p（t）為作用于結(jié)構(gòu)上的等效地震荷載向量.

采用中心差分方法即可完成對(duì)運(yùn)動(dòng)平衡方程式（1）的逐步積分求解：

將式（2）和式（3）分別代入式（1），整理后得：

式中：K和分別為有效剛度矩陣與有效荷載向量，其表達(dá)式如下：

如果記：

則式（4）可寫為：當(dāng)采用集中質(zhì)量矩陣，并假定阻尼矩陣與質(zhì)量矩陣成比例時(shí)，顯然D1和D1－1為對(duì)角陣.根據(jù)式（7），若已知ut－Δt和ut，不必求解線性代數(shù)方程組便直接解出ut＋Δt，進(jìn)而據(jù)式（2）和式（3）解出t時(shí)刻的速度和加速度，這是基于時(shí)間的遞推公式.由于土－沉管隧道體系計(jì)算規(guī)模巨大，采用上述顯式時(shí)域數(shù)值積分方法能顯著提高計(jì)算效率.

海底隧道一般沿管道縱向的方向較長(zhǎng)，在分析這類結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)問題時(shí)，還需要考慮地震波沿隧道縱向行進(jìn)傳播時(shí)所帶來的影響.本文在建立地震動(dòng)多點(diǎn)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力平衡方程基礎(chǔ)上，分析土－隧道體系的多點(diǎn)激勵(lì)地震響應(yīng).

2 工程算例

2.1 工程概況

港珠澳大橋工程中海底沉管隧道部分長(zhǎng)約5 664m，加上東、西人工島各有敞開段（398m）和暗埋段（163m），全長(zhǎng)共約6 786m.沉管隧道采用節(jié)段式，整個(gè)海底沉管隧道共有33個(gè)管節(jié)，其中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)度為180m，由8個(gè)長(zhǎng)為22.5m的節(jié)段組成，節(jié)段和節(jié)段以及管節(jié)和管節(jié)之間全部采用柔性連接.整個(gè)隧道沿沉管縱向布置如圖1所示.

圖1 沉管隧道典型斷面Fig.1 Typical section of immersed tunnel

鑒于整個(gè)隧道全長(zhǎng)將近7km，如果建立包含全部隧道管節(jié)的土－隧道體系三維精細(xì)化整體模型進(jìn)行分析，則計(jì)算規(guī)模將會(huì)十分巨大，為此本文選取典型管節(jié)建立局部精細(xì)化數(shù)值模型進(jìn)行研究.考慮到E27管節(jié)（E代表管節(jié)）下方場(chǎng)地土層的地質(zhì)地形條件變化較大，且基巖面有明顯起伏，本文按照工程場(chǎng)地實(shí)際地質(zhì)鉆孔情況建立三維精細(xì)化有限元模型，重點(diǎn)考察E27管節(jié)兩端的管節(jié)接頭EJ28／27和EJ27／26（EJ表示管節(jié)接頭，以下稱“大接頭”）的地震響應(yīng)特點(diǎn).為綜合考慮鄰近管節(jié)的相互作用，在E27管節(jié)的兩側(cè)各增加2個(gè)管節(jié)（分別為E25，E26和E28，E29）一起進(jìn)行建模.E25～E29管節(jié)所在區(qū)域土層分布如圖2所示，所在場(chǎng)地的典型橫斷面如圖3所示.

圖2 研究區(qū)域放大圖Fig.2 Enlarged view

圖3 典型橫斷面圖Fig.3 Typical cross－sectional diagram

2.2 有限元模型及材料參數(shù)

本文采用大型動(dòng)力非線性分析軟件LS－DYNA進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析.數(shù)值建模時(shí)，針對(duì)不同部位的受力特點(diǎn)和材料性質(zhì)采用不同單元類型進(jìn)行模擬，采用殼體SHELL單元模擬沉管隧道管節(jié)，采用六面體實(shí)體SOLID單元模擬土體，采用BEAM梁?jiǎn)卧M控制沉降樁，采用彈簧COMBIN單元模擬管節(jié)之間的柔性接頭在地震作用時(shí)的拉伸和壓縮變形特征.選擇合理的土體區(qū)域范圍和邊界設(shè)置是進(jìn)行土與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析的重要環(huán)節(jié).在進(jìn)行土－隧道體系地震響應(yīng)分析時(shí)，土體截取范圍越大，就越接近于實(shí)際情況.實(shí)際中往往受計(jì)算規(guī)模限制，分析時(shí)截取足夠大的土體范圍是較為常見的做法.本文采用遠(yuǎn)置邊界，由于研究范圍內(nèi)隧道端部的E29和E25兩個(gè)管節(jié)共長(zhǎng)360m，接近E27管節(jié)下方土層最大深度（61.8m）的6倍，滿足遠(yuǎn)置邊界對(duì)土層范圍截取的要求[9]，可以保證中間3個(gè)管節(jié)E26，E27和E28計(jì)算結(jié)果的正確性.

分別建立隧道上方土體回淤之前和回淤之后的有限元模型，其中回淤之后的數(shù)值模型共有664 422個(gè)單元，670 095個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖4所示.圖中，X軸為沿橫斷面的水平方向（簡(jiǎn)稱橫向），Y軸為沿隧道軸線的水平方向（簡(jiǎn)稱縱向），Z軸為豎向.

圖4 沉管隧道回淤后三維有限元模型Fig.4 Three－dimensional model with siltation above the immersed tunnel

根據(jù)港珠澳橋隧工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)隧道管節(jié)的橫斷面采用2孔1管廊形式，寬37.95m，高11.40m，管廊頂板厚1.60m，底板厚1.70m，其他處頂板和底板厚度均為1.50m，側(cè)墻厚1.50m.計(jì)算中采用的隧道結(jié)構(gòu)管節(jié)和樁體的材料參數(shù)如表1所示.根據(jù)工程勘察設(shè)計(jì)資料，選取了土層介質(zhì)的相關(guān)計(jì)算參數(shù)，如表2和表3所示.

表1 隧道結(jié)構(gòu)和樁體材料參數(shù)Tab.1 Parameter of tunnel structure and pile

表2 土層計(jì)算參數(shù)Tab.2 Calculation parameter of soil site

表3 回填土體材料參數(shù)Tab.3 Material parameter of backfill soil

本文采用等效線性化方法來考慮場(chǎng)地土體的動(dòng)力非線性特征.隧道和土體之間的材料性質(zhì)差異較大，地震作用下兩者可能會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑移和脫離.本文采用對(duì)稱罰函數(shù)接觸算法模擬隧道與土體之間的動(dòng)力接觸效應(yīng)，分析時(shí)土體和隧道之間的摩擦因數(shù)取0.3.

2.3 柔性接頭參數(shù)

相鄰管節(jié)之間的大接頭是影響沉管隧道安全使用的關(guān)鍵問題，也是沉管隧道的關(guān)鍵技術(shù)所在.沉管柔性接頭常采用GINA止水帶，其基本材質(zhì)為橡膠，橡膠是高度非線性的彈性體，其應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系較為復(fù)雜.GINA止水帶的力－位移壓縮曲線為非線性形式，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文采用兩階段折線型的力－位移壓縮曲線來代替，其中管段間大接頭的轉(zhuǎn)折處位移為0.13m，管節(jié)間小接頭的轉(zhuǎn)折處位移為0.005m.根據(jù)簡(jiǎn)化之后的力－位移壓縮關(guān)系，采用非線性彈簧單元建立接頭模型.大、小接頭（節(jié)段之間的接頭）兩折線的剛度參數(shù)見表4.可以看出，小接頭的剛度系數(shù)要比大接頭的剛度系數(shù)大.

表4 柔性接頭GINA剛度參數(shù)Tab.4 GINA stiffness parameter of flexible joint

剪力鍵是沉管隧道接頭的重要組成部分.為了承受地震作用引起的剪力，需要在接頭部位設(shè)置一定數(shù)量的剪力鍵以確保管節(jié)的地震安全性.其中，大接頭采用鋼剪力鍵，小接頭采用混凝土剪力鍵，每個(gè)接頭處剪力鍵又分為橫向剪力鍵和豎向剪力鍵.不同方向剪力鍵的材料及剛度參數(shù)見表5.

2.4 輸入地震波與激勵(lì)方式

本文在建模時(shí)充分考慮了場(chǎng)地實(shí)際地形地質(zhì)條件，直接從土層下臥基巖面輸入地震波進(jìn)行隧道地震響應(yīng)分析.計(jì)算中選取120年超越概率10%的最大設(shè)計(jì)地震作用進(jìn)行分析，其中沿隧道縱向和豎直向的峰值加速度分別為147.5和95.9cm／s2，時(shí)程曲線分別如圖5所示.地震激勵(lì)方式分別采用一致輸入和行波輸入.其中，沿縱向一致輸入、行波輸入時(shí)均采用圖5（a）所示地震波；沿縱向和豎向同時(shí)一致激勵(lì)時(shí)，縱向和豎向激勵(lì)分別采用圖5（a）和（b）所示地震波.

表5 剪力鍵參數(shù)Tab.5 Parameters of shear key

圖5 地震波加速度時(shí)程曲線Fig.5 Acceleration time history of seismic wave

本文在建模時(shí)所截取的土體范圍足夠大，根據(jù)作者研究，可以采用遠(yuǎn)置邊界.在采用遠(yuǎn)置邊界時(shí)，邊界上節(jié)點(diǎn)的約束情況根據(jù)地震波激勵(lì)方向不同而不同，具體如下：1）當(dāng)?shù)卣鸩?lì)方向沿隧道縱向輸入時(shí)，根據(jù)對(duì)稱性條件，左右兩側(cè)邊界采用正對(duì)稱約束，即約束該邊界所有節(jié)點(diǎn)的X向自由度；前后兩端邊界采用反對(duì)稱約束，即約束該邊界所有節(jié)點(diǎn)的X和Z向的自由度，底部固定.2）當(dāng)?shù)卣鸩?lì)方向沿隧道縱向和豎向同時(shí)輸入時(shí)，根據(jù)對(duì)稱性條件，左右兩側(cè)和前后兩端邊界的所有節(jié)點(diǎn)均約束X向自由度，底部固定.

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 回淤土的影響

這一部分通過線性分析討論沉管隧道上方回淤土對(duì)沉管隧道計(jì)算體系和地震響應(yīng)的影響.

3.1.1 對(duì)土－隧道體系自振頻率的影響

定義e為回淤后體系自振頻率變化程度：

表6列出了回淤前和回淤后土－隧道體系的前5階自振頻率及相應(yīng)的e值.

表6 土－隧道體系前5階自振頻率Tab.6 The first five natural frequency of soil－tunnel system

表6中e為負(fù)值表明，隧道上方的回淤土減小了土－隧道體系的自振頻率，這說明在地震響應(yīng)中，隧道上方回淤土體的慣性效應(yīng)大于其彈性效應(yīng).

3.1.2 對(duì)土－隧道體系地震響應(yīng)的影響

在圖5（a）地震波沿隧道縱向激勵(lì)下，回淤前，大接頭EJ28／27和EJ27／26沿隧道縱向方向的最大相對(duì)位移（拉伸變形）分別為5.9和5.4mm；回淤之后，大接頭EJ28／27和EJ27／26縱向最大相對(duì)位移（拉伸變形）分別為2.9和15.6mm.可見大接頭EJ28／27的縱向最大相對(duì)位移減小了約一半，但是大接頭EJ27／26處變化明顯，增加了1.89倍.從工程安全性角度來看，回淤之后，大接頭EJ27／26的拉伸變形達(dá)到最大，此時(shí)該接頭應(yīng)為起控制相對(duì)變形的位置.

由此可見，地震作用下回淤土體會(huì)帶動(dòng)隧道一起運(yùn)動(dòng)，增大了隧道接頭處的變形，從隧道抗震角度來講是不利的，使得結(jié)構(gòu)偏于不安全.

3.2 地震激勵(lì)方式的影響

本文一共設(shè)計(jì)了4種地震激勵(lì)計(jì)算工況，分別為地震動(dòng)沿隧道縱向一致水平激勵(lì)，沿縱向視波速分別為2 000和3 000m／s的水平行波激勵(lì)，以及地震動(dòng)沿縱向和豎向同時(shí)一致激勵(lì)的情況，并且將它們分別記為工況1、工況2、工況3和工況4，如表7所示.輸入的地震波時(shí)程前面已有說明.

表7 計(jì)算工況Tab.7 The calculation conditions

3.2.1 對(duì)管節(jié)間接頭相對(duì)變形的影響

表8為2個(gè)大接頭的縱向最大相對(duì)位移.

由表8可知，柔性接頭處的縱向最大相對(duì)位移受地震動(dòng)激勵(lì)方式影響較大.其中，在地震動(dòng)沿縱向和豎向同時(shí)激勵(lì)下，大接頭EJ27／26和EJ28／27的縱向相對(duì)位移達(dá)到最大，分別為13.7和17.6mm，相比只考慮縱向激勵(lì)時(shí)有明顯增加.因此，沉管隧道的柔性接頭部位是地震響應(yīng)重點(diǎn)分析的對(duì)象，而且豎向地震作用的影響不可忽視.

表8 大接頭縱向最大相對(duì)位移匯總Tab.8 The relative longitudinal displacement of big joint mm

圖6分別給出了4種計(jì)算工況下2個(gè)大接頭相對(duì)位移時(shí)程的對(duì)比情況.由圖6可知，在工況1，同一時(shí)刻2個(gè)大接頭的變形狀態(tài)有所不同，一個(gè)大接頭處于受壓狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)大接頭處于受拉狀態(tài).而在其他工況下，2個(gè)大接頭的地震響應(yīng)情況和工況1有所不同，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都處于拉伸狀態(tài).這說明行波激勵(lì)引起的豎向地震動(dòng)分量增大了接頭的縱向拉伸變形，并且豎向和水平向同時(shí)激勵(lì)時(shí)的工況對(duì)接頭的拉伸變形影響最為不利.

圖6 大接頭縱向相對(duì)位移時(shí)程比較Fig.6 Relative longitudinal displacement of big joint

3.2.2 對(duì)接頭剪力鍵剪力的影響

除了接頭處的相對(duì)變形之外，還應(yīng)關(guān)心隧道的內(nèi)力響應(yīng)，為隧道的抗震設(shè)計(jì)和驗(yàn)算提供依據(jù).地震作用下隧道上的剪力主要由接頭處的剪力鍵來承擔(dān).

給出大接頭EJ27／26和EJ28／27的剪力響應(yīng)峰值，以及每段管節(jié)上8個(gè)節(jié)段間所有小接頭剪力鍵的剪力響應(yīng)峰值，如表9所示.其中，剪力值為整個(gè)斷面上所有剪力鍵的剪力之和，橫向剪力是指沿X軸方向的剪力，豎向剪力是指沿Z軸方向的剪力.

表9 接頭處剪力響應(yīng)峰值匯總Tab.9 The peak shear force of joint

從表9可以看出，隧道中大、小接頭處的剪力地震響應(yīng)與計(jì)算工況關(guān)系較大.在地震動(dòng)沿縱向一致水平激勵(lì)下，最大豎向剪力為1.31MN，發(fā)生在E26管節(jié)中的小接頭上；在行波波速3 000m／s地震激勵(lì)時(shí)達(dá)到1.45MN，出現(xiàn)在大接頭EJ27／26處；同時(shí)考慮豎向和縱向地震動(dòng)激勵(lì)時(shí)，剪力增大到5.14MN，發(fā)生在E26管節(jié)上的小接頭，需要引起特別的注意.還可以看出，各種工況下最大橫向剪力差別不大.

綜合來看，同時(shí)考慮縱向和豎向激勵(lì)時(shí)對(duì)剪力響應(yīng)有一定影響，使得橫向剪力有所減小，但變化有限，而引起的豎向剪力變化較顯著，相比不考慮豎向分量激勵(lì)時(shí)增加了2.9倍，應(yīng)引起特別重視.

3.2.3 對(duì)管節(jié)內(nèi)力的影響

對(duì)前面4種計(jì)算工況下隧道管節(jié)的軸力和彎矩地震響應(yīng)峰值結(jié)果進(jìn)行匯總，如表10所示.其中，軸力是指沿隧道縱向Y軸的軸力，橫向彎矩是指繞橫軸X軸的彎矩，豎向彎矩是指繞豎直軸Z軸的彎矩.軸力、橫向彎矩和豎向彎矩分別是指隧道管節(jié)整個(gè)斷面的軸力、橫向彎矩和豎向彎矩.

為更好地表明各種工況下隧道內(nèi)力地震響應(yīng)峰值的發(fā)生位置，這里將每個(gè)管節(jié)上8個(gè)節(jié)段沿縱向（即Y軸正方向）分別用序號(hào)1至8表示，如E28－1表示管節(jié)E28上的第1個(gè)隧道節(jié)段，即最靠近管節(jié)E28和E29間大接頭的位置；E28－8表示管節(jié)E28上的最末隧道節(jié)段，即最靠近管節(jié)E27和E28間大接頭的位置.

表10 隧道管節(jié)內(nèi)力響應(yīng)峰值匯總Tab.10 The peak internal force of tunnel

從表10可以看出，地震動(dòng)激勵(lì)方式和激勵(lì)方向?qū)芄?jié)結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩響應(yīng)均有一定的影響.軸力方面，在地震動(dòng)沿縱向一致激勵(lì)下，最大軸力為101.85MN，發(fā)生在 E26－8上，即靠近管節(jié) E25和E26間大接頭處的位置；橫向彎矩方面，當(dāng)同時(shí)考慮縱向和豎向地震動(dòng)激勵(lì)時(shí)最大橫向彎矩為309.24 MN，發(fā)生在E28－6處；豎向彎矩方面，在視波速3 000m／s的地震動(dòng)行波激勵(lì)下最大，達(dá)到801.39 MN，出現(xiàn)在E26－8上.由此可見，地震動(dòng)激勵(lì)方式和方向?qū)λ淼垒S力影響程度有限，而對(duì)彎矩的影響較大.

3.3 進(jìn)一步討論

有研究表明[10]，如果表層地基勻質(zhì)、各向同性，而且基巖面水平，則縱向一致水平激勵(lì)下地基中任一點(diǎn)均沿同一個(gè)方向振動(dòng)，隧道軸向各處位移也都一樣，隧道僅為整體的剛體運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生變形和應(yīng)力.實(shí)際工程場(chǎng)地中，由于土層變化和地基物理性質(zhì)不同等原因，地基振幅和周期均不相同，因此產(chǎn)生相對(duì)位移，使結(jié)構(gòu)拉伸或壓縮.一般隧道縱斷方向發(fā)生變形的重要原因是地震產(chǎn)生的相位差，包括沿隧道軸向傳播的地震造成的相位差和沿軸向地基條件發(fā)生變化產(chǎn)生的相位差[10].在勻質(zhì)地基模型中，整個(gè)表層地基的固有周期等振動(dòng)特性也是一樣，因此在不考慮輸入相位差的地震反應(yīng)中不產(chǎn)生地基的相對(duì)位移（隧道縱斷方向地基變形）.即使是在變化地基模型不需要考慮輸入相位差的情況下，也會(huì)發(fā)生因地基不均勻造成的地基相對(duì)位移.

根據(jù)《港珠澳大橋工程場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)研究報(bào)告》，本文所研究的隧道工程場(chǎng)地為Ⅳ類場(chǎng)地，實(shí)際場(chǎng)地地質(zhì)條件較為復(fù)雜，場(chǎng)地土層并非勻質(zhì)和水平成層，基巖面底部有一定的起伏，而且隧道沿縱向較長(zhǎng)，并有一定的傾斜角度.要合理準(zhǔn)確地模擬場(chǎng)地條件需建立精細(xì)的土層模型進(jìn)行分析.本文根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地條件建模，結(jié)果表明，即使在縱向一致激勵(lì)下，柔性連接的沉管隧道接頭處均有位移，且值不等，管段間存在著縱向拉壓作用，而考慮地震動(dòng)輸入的相位差之后，這種拉壓作用表現(xiàn)得更為明顯.這說明，在實(shí)際長(zhǎng)距離的地下隧道工程抗震計(jì)算中，應(yīng)該考慮實(shí)際的場(chǎng)地地質(zhì)條件和地震波的激勵(lì)方式對(duì)隧道管節(jié)內(nèi)力和接頭變形帶來的影響.

4 結(jié) 論

本文對(duì)正在建設(shè)中的港珠澳海底沉管隧道進(jìn)行了多種計(jì)算工況下地震響應(yīng)分析，研究結(jié)果表明：

1）隧道上方的回淤土減小了土－隧道體系的自振頻率，回淤土體的慣性效應(yīng)大于其彈性效應(yīng).地震作用下回淤土體帶動(dòng)隧道一起運(yùn)動(dòng)，增大了隧道接頭處的相對(duì)變形，從隧道抗震角度來講是不利的.

2）考慮地震動(dòng)行波效應(yīng)，以及縱向和豎向同時(shí)激勵(lì)均增大了接頭相對(duì)變形.得到了地震作用下隧道薄弱接頭發(fā)生的位置，大接頭EJ28／27位置處較為不利.

3）接頭剪力鍵處的剪力受地震動(dòng)激勵(lì)方向影響較大，當(dāng)同時(shí)考慮豎向和縱向地震動(dòng)激勵(lì)時(shí)，引起的豎向剪力響應(yīng)明顯增大.管節(jié)結(jié)構(gòu)的軸力響應(yīng)受地震激勵(lì)方式影響有限，而對(duì)彎矩的影響不可忽略.因此，在長(zhǎng)距離隧道抗震分析中要注意地震動(dòng)激勵(lì)方式變化對(duì)管節(jié)內(nèi)力帶來的影響.

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