土-桩-结构非线性相互作用体系行波效应

采用并行计算方法,分别选取长周期地震波和普通地震波作为输入,以某典型桥梁工程为背景建立土桩桥梁结构非线性相互作用分析模型,对在不同类型地震波作用下的土桩结构非线性相互作用体系进行了行波效应分析,探讨了桩土接触效应和并行计算加速比等问题.分析结果表明:接触面效应对群桩水平向地震反应的影响较小,在竖直向则会产生明显的不协调现象.考虑接触面效应时,行波输入下的结构水平向加速度反应略小于一致输入,竖向加速度反应则远大于一致输入,水平向和竖向的位移反应也较大.长周期地震动行波输入下的水平向加速度和位移反应结果均大于普通地震波.对于此类大计算量三维有限元分析,采用并行计算方法可以有效提高计算效率.     

高墩大跨连续刚构桥地震反应的行波效应研究

运用大型结构分析程序Midas/civil在地震波作用下,对某一实际高墩大跨连续刚构桥的地震反应的行波效应进行了时程分析的数值模拟,分析了高墩大跨连续桥在顺桥向地震波作用下不同的相位差的行波效应,以及行波效应对桥梁高低墩墩差产生的影响.结果表明:行波效应对高墩大跨连续桥的影响很大,桥梁高低墩墩差越大行波效应越明显,高墩大跨连续桥在抗震设计时应考虑行波效应.     

不同类型地震波作用下非线性场地的行波效应分析

目前有关场地的非线性行波效应分析,大多是基于场地土的等效线性化模型.本文通过对ANSYS软件的二次开发,采用双曲线模型模拟场地土的非线性,分别选取长周期基岩地震波和普通地震波作为输入,对某深覆盖土层场地进行了行波效应分析,探讨不同类型地震波作用下深覆盖土层场地的非线性行波效应问题.本文算例结果表明:在长周期基岩地震波作用下土层地表加速度放大系数值明显大于普通地震波作用下的结果;随着视波速的减小,土层对地震波的水平加速度放大效应也是减小的,但是对于竖向加速度放大系数而言,随着视波速的减小,其放大系数是增大的;一致输入相比于行波输入有放大土层特征周期响应而抑制非特征周期区段的响应的作用.     

长周期随机地震作用下超大跨斜拉桥的行波效应分析

从各个国家和地区的地震记录库中寻找出一些具有良好记录质量和基本场地资料的强震记录,并从中挑选出较为典型的长周期地震波,对比分析了不同场地条件下长周期地震波和普通地震波的平均加速度反应谱及其规范形式的分段拟合曲线.选取软土场地拟合反应谱作为目标反应谱,用迭代方法求取与目标反应谱相对应的功率谱密度函数,分析了基于长周期地震动加速度功率谱密度的特点.在此基础上,以某超大跨斜拉桥结构为背景,利用ANSYS软件建立三维有限元分析模型,分别以文中拟合的长周期地震动功率谱密度和普通地震动功率谱密度作为输入,采用直接求取位移的改进虚拟激励法,对超大跨斜拉桥结构进行了不同视波速下的行波效应分析.结果表明:长周期地震动功率谱密度的卓越频率明显低于普通地震动功率谱密度的卓越频率.长周期地震动功率谱作用下的桥梁左桥塔顶、右桥塔顶和桥面板跨中节点的位移响应功率谱值均明显大于普通地震动功率谱作用下的结果,桥梁塔顶位移响应功率谱均呈双峰分布.在本文算例中,考虑行波效应使超大跨斜拉桥结构的位移响应和弯矩响应结果有所减小.     

大跨度钢结构的地震波行波效应

研究地震波的行波效应对大跨度双跨钢结构的影响,可以从理论上解决实际工程问题。根据大质量法原理,建立考虑行波效应的大跨度结构分析模型以及解析方程。结合大跨度钢结构厂房工程实际,对其进行考虑行波效应的多点激励分析,并与传统一致激励下结构的地震响应进行对比。结果表明:两种地震波输入方式所得钢结构厂房梁柱节点加速度响应曲线一致;在考虑行波效应的多点激励方式作用下,厂房钢结构梁柱节点位移、速度以及加速度响应均有不同程度的增大,且随着地震波传播速度的减小而增大。在大跨度结构的抗震分析中,为得到更精确的结果,应当考虑行波效应对结构的影响。     

超大跨斜拉桥地震行波效应分析

对多点激励下的振型方程进行了推导,简化成类似于一致激励下的振型方程形式,导出多点激励下的振型参与系数和振型等效地震波,从而可由反应谱判断多点激励对结构振动的影响.以一座试设计的主跨1 400m斜拉桥为例,采用振型分析法分析了考虑行波效应的超大跨斜拉桥振动机理。通过拟静力法分析了行波效应引起的各支承点地震动位移的差异对超大跨斜拉桥结构变形的影响,同时,利用位移输入法,对超大跨斜拉桥进行了地震时程分析,研究了行波效应对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震损伤的影响.研究结果表明:行波效应减小了耗能辅助墩的耗能作用,增大了桥塔的地震损伤,对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震反应的影响是不利的.视波速为1 000~3 000m·s-1范围内的长周期地震动作用下行波效应的影响尤为显著,因此在超大跨斜拉桥地震反应分析时必须考虑.     

高层结构非线性地震反应分析

从国内外地震记录库中挑选出2条具有丰富长周期信息的长周期地震波,利用正交化 HHT法对2条地震波进行时频特征分析计算,同时以2条常用地震波为参照,进行时频特征的比对分析。然后,以一实际高层结构为例,利用 ANSYS 有限元软件建立有限元数值模型,分别以前4条地震波为输入,进行该高层结构的非线性动力反应分析。结果表明：高层结构对不同类型地震波的过滤作用不同,对长周期地震波的过滤作用更加明显;长周期地震波作用下的结构响应明显大于普通地震波作用下的结构响应,其中位移响应较加速度响应明显。     

CFRP索斜拉桥地震波行波效应分析

碳纤维增强聚合物(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能,在大跨度桥梁中将会广泛应用.对跨度大或延迟时间长的结构需考虑行波效应的影响,且其对CFRP索斜拉桥和普通斜拉桥影响程度也不相同.因此,为研究CFRP索斜拉桥在地震波行波效应下的动力性能,以某一大跨度斜拉桥为背景,建立模型,按照等强度原则将钢索换为CFRP索,计算并获得CFRP索斜拉桥在地震波一致激励和多点激励作用下的位移、应力及分别对应的时程曲线.计算结果表明,行波效应对CFRP索斜拉桥地震响应有显著的影响,使得该桥的时程曲线发生了较显著的变化,塔根效应增加显著,结构部分位移增长非常显著,对轴力影响比对剪力的影响更为明显,因此在大跨度CFRP索斜拉桥的设计分析中必须考虑行波效应的影响.     

大跨悬索桥多维多点非平稳随机地震响应分析

以湖北四渡河大跨悬索桥为工程背景,建立了悬索桥精细有限元模型,采用多维多点非平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了该桥在单维与三维非平稳随机地震动的一致激励、行波效应、部分相干效应、部分相干+行波效应以及多点激励下的地震响应,分析了多维多点地震激励下视波速及地震非平稳性对结构随机地震响应的影响.研究结果表明:考虑地震动的空间效应对悬索桥结构响应有很大影响,地震动的行波效应对结构响应的影响比部分相干效应的影响大的多;三维地震作用下的结构响应比单维地震的作用明显增加;随着视波速的增大,行波效应对结构响应的影响减弱;按照平稳地震激励所作的随机地震响应分析,计算结果是偏安全的.     

长周期地震动下框架-剪力墙结构隔减震改造

长周期地震作用是一种特殊的地震动,框架-剪力墙抗震结构在长周期地震动下的响应与普通地震动下的响应明显不同.运用ETABS建立11层框架-剪力墙抗震结构及3种改造结构(即基础隔震结构、层间隔震结构及阻尼减震结构),分别输入远场类谐和长周期地震波、近断层脉冲型地震波和普通地震波3种不同性质的地震波进行罕遇地震下的非线性时程分析.结果表明:4种结构在长周期地震动下的地震响应明显,框架-剪力墙抗震结构的响应最大;长周期地震下,采用基础隔震结构、层间隔震结构和阻尼减震结构进行改造后的地震响应减小,受长周期地震动影响区域的框架-剪力墙抗震结构可以运用基础隔震结构、层间隔震结构和阻尼减震结构进行改造;采用基础隔震结构和层间隔震结构进行改造后的减震效果优于运用阻尼减震结构进行改造.     

多点激励下大跨度网架结构的地震反应分析

为了研究地震行波效应对大跨度结构的影响,采用时程分析方法对大跨度网架结构进行了多点地震输入下的反应分析,并与一致地震输入结果进行比较,得出了地震行波效应对结构的影响。结果表明:随着视波速的减小,行波效应对结构的影响增大,上部网架超载杆件百分比与行波效应影响系数大于1.2及1.6的网架杆件百分比均增加;行波效应对下部支承柱的影响依据柱子空间位置、内力类型、视波速大小、地震波水平分量输入方向不同而不同。因此,在大跨度网架结构设计中应注意多点地震作用对支座附近杆件的影响,在对支承柱进行多遇地震下的抗震计算时建议对下部边跨各柱弯矩放大1.2倍,跨中各柱弯矩放大1.4倍,各柱轴力放大1.2倍。     

行波效应对大跨度连续刚构桥地震反应的影响

利用大型结构分析程序ANSYS/TRANSIENT,对地震波三向正交分量独立作用和联合作用下连续刚构桥的地震反应的行波效应进行了时程分析的数值模拟,分析了连续刚构桥在各向振动分量的作用,以及各向振动不同相位差的行波效应,对其地震反应的一般影响规律进行了讨论.结果表明:在地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时,结构的内力均有不同程度的增大,而结构的位移却呈现减少的趋势,结构的振动周期延长.     

大跨门式钢管桁架结构多点输入地震响应分析

地震动空间效应导致结构不同支座处的地震激励不一致,大跨结构应进行多点输入地震响应分析.本文对一大跨门式钢管桁架结构进行多点输入时程分析计算,考察该类型结构分别受水平和竖向地震多点输入行波效应作用下的弹性响应特征.计算结果表明,多点输入地震动激发门式结构的水平对称振型和竖向反对称振型,是导致结构多点输入地震响应与一致输入产生差别的重要原因;地震波波速对结果影响较大,为保证结果的可靠性,应取有效范围内的多个视波速进行计算;上部结构和下部结构相比,刚度小的部位结构响应受多点输入影响大;水平多点输入桁架梁中部构件、竖向多点输入桁架梁端部构件内力变化极大.     

行波效应对弱对称双塔斜拉桥地震响应的影响

文中推导了大跨度桥梁考虑行波效应影响的分析模型以及求解方法,介绍了大型有限元程序中实现行波效应的方法：大质量法与相对位移运动法。以某一实际公路大跨度斜拉桥为工程实例,分析了在不同波速及不同地震波输入方向的行波效应对斜拉桥主塔地震响应的影响。结果表明,当斜拉桥纵向对称性不强时,不同地震波输入方向的行波效应产生的桥梁结构响应并不相同。当进行纵向非对称桥梁行波效应分析时,应考虑不同地震波输入方向对桥梁结构响应的影响。     

高墩大跨曲线连续刚构桥地震响应研究

目的研究桩土相互作用和行波效应对高墩大跨曲线连续刚构桥地震响应的影响.方法采用有限元程序,建立跨度为(70+3×127+70) m的曲线刚构桥有限元模型,采用动态时程分析方法,分析了桩土相互作用和行波效应在不同参数取值下的桥梁结构地震响应.结果纵桥向激励下,考虑桩土相互作用比不考虑桩土相互作用桥梁各桥墩控制截面内力增大30%～40%;横桥向激励下,考虑桩土相互作用比不考虑桩土相互作用桥梁各桥墩控制截面内力减小17%～25%.考虑桩土相互作用,将显著增大墩顶和墩底截面纵桥向内力,减小横桥向墩顶和墩底内力;考虑地震波传播速度引起的行波效应,使得桥墩内力在不同桥墩之间呈现更加不均匀分布状态,增大部分桥墩破坏的危险;由于地震波入射角度不同而引起的行波效应时,入射角度为0°时各个桥墩内力和位移响应略大于10°和-10°两个入射角度的激励结果.结论地震波入射角度引起的行波效应时对该类桥型地震响应影响较小.桩土相互作用对该类桥型的动力特性有一定的影响.随着桩土弹性连接土介质参数的增大,结构体系的自振频率也随之增大,但结构的低阶振型基本未变.     

多点激励下CFST拱桥地震反应分析

基于大质量法的计算原理,在Midas/Civil有限元软件平台上实现多点激励下大跨度桥梁的地震反应分析.采用反映地震动空间和时间变异性的人工地震波,对大跨拱桥空间有限元模型进行在一致激励、行波激励和多点激励下的地震时程反应分析,主要探讨大质量法的应用问题.结果表明,行波激励和多点激励对大跨度连续下承式钢管混凝土系杆拱桥的地震反应有较大影响,应给予考虑.     

长周期随机地震作用下大跨斜拉桥局部场地效应分析

为了考察长周期随机地震作用下局部场地效应对大跨斜拉桥结构响应的影响,借助ANSYS有限元软件,建立了某大跨斜拉桥三维模型,采用改进虚拟激励法,对其进行了考虑局部场地效应的非一致地震响应分析,并与一致激励作对比。结果表明:长周期地震动下局部场地效应对结构内力及位移存在一定的影响,其影响程度及规律随着所处部位的不同而有所区别。     

行波效应对管线悬索桥的地震动力反应的影响

针对某油气管线悬索跨越工程,选用两条频谱特性不同的地震波,采用时程分析法研究行波效应和地震一致激励作用对管线悬索桥结构关键部位内力及位移的影响.研究结果表明:考虑行波效应后不同视波速下索塔内力、位移的峰值变化显著,其峰值均在波速1 000 m/s左右时出现,主梁竖向位移包络值随视波速增大而减小并且其位移包络图"反弯点"增多;索塔内力和位移在波速大于一定水平时趋近于一致激励,在加速度峰值相同但频谱特性不同的地震波激励下桥梁结构地震反应存在显著差异.     

大跨弦支穹顶结构的动力反应分析

采用大型有限元软件ANSYS对大跨弦支穹顶结构的自振特性和地震响应进行了计算分析.考虑了不同初始状态对结构频率分布及振型特征的影响,比较了弦支穹顶结构和单层网壳结构自振特性的差异.计算了多点地震动波速输入下,大跨弦支穹顶结构的动力反应.研究结果表明,行波效应对大跨弦支穹顶结构的地震响应影响显著,特别是当多点输入相位差较大时,结构的内力和位移峰值都会有明显的增大,当场地土土质较软时不能忽略行波时滞的影响;常遇地震输入下,大跨弦支穹顶结构的位移和内力变化都较小,计算中可以不考虑几何和材料的非线性.     

大跨度结构地震响应研究

根据结构体型复杂、跨度大、各层结构体系不同的特点,本文结合呼和浩特东客运站通过对站房大跨度结构进行多维多点地震动响应分析,归纳行波效应下结构相应的特点,总结了行波效应对于结构动力性能的影响,为结构设计提供指导.