双向地震动作用弹塑性反应谱研究

在基于性能/位移抗震设计中,弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视.考虑实际地震动的多维性和结构非线性反应空间耦合特性,研究并建立了双向地震动作用弹塑性反应谱模型,将其定义为在两个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度,恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统,分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比.给出了一种等强度折减系数的弹塑性谱.通过硬土场地10组双向地震动记录等强度折减系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、强度折减系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响.结果表明,双向地震动作用相对单向地震动作用主要增加结构较长周期方向的最大位移反应;若增加结构较短周期方向的设计强度,可在一定程度上降低双向地震动不利影响;因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大.     

深覆盖土层地震反应分析中的若干问题

以上海地区土层地震反应分析为例,讨论了深覆盖土层地震反应分析中的几个典型问题.如土层下卧缓倾角基岩面的影响,土层中假想基岩面的合理性问题,基岩波速对土层地震反应的影响,以及土介质动力特性的影响等.通过数值计算,得出了以下主要结论:下卧基岩面不大于2°的缓倾角影响可以忽略不计,假想基岩面会带来很大的计算误差,坚硬基岩的弹性对土层地震反应的影响很有限,应重视工程场地土介质动力特性参数的现场勘测.     

双向地震激励的标准化弹塑性位移反应谱

针对实际地震动作用的多维性和结构非线性反应的空间耦合特点,建立了双向地震激励的单质点双自由度模型,假定此模型的恢复力关系符合二维屈服面函数。按硬、中、软土场地分类共选择89组双向地震动记录作为系统的激励,建立了统计平均的标准化弹塑性位移反应谱。分析了场地类别、延性系数、两主轴方向周期比对标准化弹塑性位移谱的影响。     

土-海底沉管隧道体系三维地震响应分析

以港珠澳大桥工程中大型海底沉管隧道为工程背景,根据工程场地土层地质实际分布情况,建立了沉管隧道上方无回淤土和有回淤土两种计算条件下的土-沉管隧道体系的大型三维精细化有限元计算模型.在计算模型中考虑了沉管接头非线性、土与隧道间的接触非线性和土层介质非线性等特征.采取直接从基岩面输入一致地震和地震行波两种激励方式,运用动力显式算法对土-沉管隧道体系进行地震响应分析.数值结果表明,回淤土体减小了模型的自振频率,增大了隧道的地震响应;不同地震波激励形式和激励方向对隧道接头的相对变形和管节内力响应的影响不容忽视.     

基于土层集总参数模型的土-结构动力相互作用分析

在土-结构动力相互作用简化分析中,基于弹性半无限地基的假定,采用双自由度集总参数模型来简化土层,建立了基于土层集总参数模型的土-结构动力相互作用的分析模型,主要研究了不同土层对上部结构地震反应的影响.分析了在中硬、中软两种场地上5层和15层结构的地震反应,并与刚性基础假定下同样结构的地震反应分析比较.结果表明,对比较刚性的结构考虑土-结构相互作用可能存在一定的有利因素;对高层建筑,土-结构相互作用可能导致结构在地震作用下的层间变形较大幅度增加,是不利因素.     

昆明地区不同类型场地对近震大震地震反应特征对比研究

对昆明两个不同土层结构性质的场地模型输入同一个人工合成近震大震地震波的基岩地震动,得到了两个场地土层反应的地表地震动加速度时程及其反应谱,对比分析了它们的特征和差别,探讨了这两种不同性质土层在基底遭受近震大震时场地地震反应对地面运动特征的影响及其意义.     

不同厚度砂卵石土场地地震反应特征研究

为了研究土层厚度对砂卵石土场地地震反应的影响,结合振动台模型试验与一维等效线性化分析方法,对砂卵石土场地地震反应特征进行了研究,分析了不同土层厚度砂卵石土场地在不同地震激励下的地震反应规律.结果表明:随土层厚度的增大,砂卵石土场地地表加速度峰值放大系数呈现出先增大后减小再增大,最后趋于稳定的规律.地表水平位移峰值随土层厚度的增大不断增大.随土层厚度的增大,加速度反应谱上升段和平台段存在减震现象,平台段后半段、下降段幅值明显增大,直线段幅值在土层厚度增量较大时明显增大.研究成果可为砂卵石土场地地震安全性评价工作及相关工程抗震设计提供参考.     

曲靖盆地粉质黏土、黏土土动力参数的统计分析

土动力参数是土层地震反应分析中不可或缺的重要参数,且区域性特点较强.曲靖断陷盆地主要发育于晚新生代以来,上新世沉积层厚约600 m.地层主要以湖积、冲积相为主,多以薄层或透镜体形态分布.文中收集了曲靖盆地内89个场地的92组粉质黏土和107组黏土的动三轴试验数据,进行了统计分析,并通过土层地震反应分析计算,与袁晓铭的推荐值和《工程场地地震安全性评价工作规范》(DB001—94)中给出的规范值进行对比.结果表明:3种不同的土动力参数存在较大差异,对土层地震反应分析结果亦有较大的影响,随着超越概率的降低,对峰值加速度、反应谱和特征周期的影响更加明显;本文统计的土动力参数与实际值对应的土层地震反应分析结果较接近,因此本文统计的粉质黏土和黏土土动力参数在曲靖盆地具有一定的代表性和适用性,在Ⅱ、Ⅲ级工程场地地震安全性评价工作中具有一定的借鉴和参考作用.     

铅芯橡胶基础隔震结构在多向地震作用下的分析与研究

本文分别建立了传统结构与隔震结构的三维有限元模型,通过对这两种结构进行动力特性分析和考虑单向、双向、三向地震作用下的动力时程分析,研究多向地震作用对框架结构的影响。研究分析表明：对于水平隔震,在三向坚硬场地波的作用下,结构的反应增大;对于竖向隔震,隔震结构比传统结构的地震响应都要大,且在双向与三向地震动时,结构的层间剪力和底层柱轴力有较大的影响。因此,在进行铅芯橡胶基础隔震设计时,要考虑结构多向地震作用,尤其是竖向地震作用对结构的影响。     

弹塑性阻尼支座用于自锚式悬索桥减震设计

对南京夹江自锚式悬索桥采用弹塑性阻尼支座进行减隔震设计,并采用非线性动力时程分析方法,对阻尼支座屈服荷载进行了参数敏感性分析.计算结果显示:设置阻尼支座以后,主梁纵向位移减小为飘浮体系的20%,内力则与飘浮体系地震反应相当;横向地震反应也仅为墩梁、塔梁横向固定体系的15%～50%.表明弹塑性阻尼支座可以非常有效地用于独塔自锚式悬索桥减隔震设计.     

多点输入下场地非线性地震反应分析计算模型

为考虑强震下土层反应的非线性及地震波的空间变化特性，基于直接迭代法和逐步积分法提出多点输入非线性分析的一种增量迭代格式，从而建立土层多点输入地震反应非线性分析方法。同时，为降低多点输入非线性分析近代过程中刚度矩阵的求逆次数，对原迭代方法作进一步推导，提出采用试管因子的试算迭代法，在不降低计算精度的基础上，有效地减少计算时间，编制了可进行一致输入、多点输入的非线性和等价线性化分析的有限元程序，计算结果表明，对于重大结构有进行多点输入地震反应分析的必要。     

近场地震作用下锈蚀钢筋混凝土桥墩的IDA分析

利用锈蚀钢筋混凝土柱的滞回试验结果,验证钢筋混凝土构件中锈蚀模型的正确性;利用钢筋混凝土框架的振动台试验结果,验证用OPENSEES程序进行钢筋混凝土结构非线性动力分析的可行性.在此基础上,从PEER地震数据库中选取了30条地震记录,采用OPENSEES建立弹塑性有限元动力分析模型,对钢筋锈蚀的钢筋混凝土桥墩在远场地震、近场非脉冲地震和近场脉冲地震作用下的性能进行非线性时程分析,研究桥墩柱在三类地震作用下的反应,以及钢筋锈蚀对结构地震响应的影响.针对近场脉冲地震对结构进行增量动力分析(Incremental dynamic analysis,IDA),得到结构的IDA曲线和近场地震作用下钢筋锈蚀对结构抗震性能的影响.分析结果表明,在考虑钢筋锈蚀因素时,近场脉冲地震对结构抗震性能影响最为显著,在结构抗震设计中应引起注意.     

格构拱结构动力响应评估的改进模态推覆分析法

静力推覆分析方法广泛应用于多高层结构在水平地震作用下的抗震性能评估,但将此方法直接应用于竖向地震作用下结构水平和竖向变形耦合显著的大跨度格构拱结构时,计算精度较差.引入结构静力稳定分析的特征刚度参数,提出了一种改进的模态推覆分析(IMPA)方法,通过第一阶段的模态推覆分析建立基于特征刚度的等效单自由度(ESDOF)体系;将各阶ESDOF的动力时程按振型组合进行第二阶段推覆分析,推导出推覆荷载公式;通过两阶段的推覆分析求解结构整体的动力响应.采用IMPA方法对某大跨度格构拱结构分别在硬土和软土场地若干条竖向地震波激励下的动力响应进行分析,与时程分析方法进行对比,计算结果表明:节点竖向位移和单元最不利应力的变化趋势基本一致,平均误差分别为10.5%和33.2%,计算耗时仅约为时程分析法的25%;随着竖向振型截取阶数的增加,IMPA方法的计算精度也相应提高.     

水平地震下单桩动力响应的数值模拟及参数分析

针对水平地震作用下的桩土相互作用体系,建立了单桩-地基土系统三维有限元几何模型,运用此模型,对系统进行了水平地震作用下的单桩横向非线性动力响应分析,计算中,考虑了地基土的材料非线性、桩土界面状态非线性以及桩土弹模比、土体材料阻尼比和输入地震动水平等非线性因素和材料参数的影响.计算结果表明:桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响较为明显.     

大跨双层斜拉桥地震响应控制

以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——闵浦大桥为例,基于Abaqus平台建立非线性动力分析模型,研究了非线性粘滞阻尼器、弹性/非弹性连接对该桥地震响应的减震控制效果.多组非线性时程分析研究表明:塔梁间的非线性粘滞阻尼器增大了下塔柱纵桥向弯矩和剪力,对上塔柱影响较小;阻尼指数一定的情况下,塔底纵桥向剪力和弯矩随阻尼系数的增加而增大.由于大跨斜拉桥的振动模态具有密集、低周期的特点,因而其地震响应受地震输入的影响较大;塔梁间增加弹性/非弹性连接会影响桥梁的纵漂振型,进而影响结构的地震响应,因此塔梁间增加弹性/非弹性连接的减震效果取决于输入地震特性以及塔梁间增加弹性/非弹性连接后的动力特性.文中提出采用非弹性连接参数的联合分布以分析其对地震响应的影响,非弹性的初始刚度和屈服位移联合作用对主梁地震响应的影响较为复杂,文中研究表明,其屈服位移对桥梁地震响应的影响较为明显.     

地下结构对场地和地表建筑地震响应影响分析

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明:由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.     

地下水条件下平行双隧道对场地地震反应影响的分析

通过有限元方法建立含有地下水及平行双隧道结构的场地模型,在模型底部输入水平地震波,分析场地表面在均匀土和层状土两种场地条件下的加速度变化规律。研究结果表明:隧道间距大小对地面的地震反应不是单纯的放大或缩小作用,而是影响地表加速度峰值的出现位置;地下水与地下结构的存在使地表不同位置呈现不同的反映情况,且层状土场地的放大效应比均匀土要大;双隧道对地震波的反射叠加作用,场地表面产生竖向加速度,其中隧道内侧的竖向加速度要大于隧道外侧,隧道外侧的竖向加速度要大于隧道上方的竖向加速度。     

双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响

地铁隧道的存在破坏了原有场地的完整性,进而在地震来临时影响场地的地震反应。为探讨双线地铁隧道建成后对场地地表水平地震动的影响,针对北京某一典型双线地铁隧道工程场地,建立三维非线性场地模型。采用自由场边界和应力时程地震波输入方式,运用有限差分数值分析软件FLAC~(3D)进行模型计算,分析了双线地铁隧道对三维非线性场地地表地震反应的影响。结果表明:1双线地铁隧道的存在使隧道附近场地地表地震动峰值加速度呈现先增大后减小并趋于自由场的趋势;2双线地铁隧道的存在主要影响场地加速度反应谱的短周期部分;3入射地震动频谱对双线地铁隧道的场地地震反应有着显著的影响。文中得出的影响规律,为双线地铁隧道附近场地的设计地震动参数确定提供参考依据。     

框架锚杆支护边坡地震响应分析

研究框架锚杆支护边坡的动力特性和抗震机理,包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,框架的地震响应,锚杆的地震响应,土压力地震响应.考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型,分析双向地震激励下框架锚杆支护边坡的动力响应,给出地震波和阻尼的选取方法.结果表明:在地震作用下边坡发生了永久位移,表明支护边坡延性大、有很好的抗震性能;锚杆轴力沿全长变化不均匀,在滑移面附近幅度最大;每层锚杆的增幅也不相同,中间几层增幅大,上下两层增幅小;框架内力和土压力在地震作用下明显增大.     

跨断层铁路简支梁桥地震响应分析

为研究跨断层铁路桥梁的地震响应,基于MATLAB平台,引用公式及参数,合成地震动,然后将人工合成的跨断层地震动输入位移模型中,分别考虑跨断层的方向性效应和滑冲效应,在不同地震动方向作用下进行非线性时程分析。考虑不同设防水准,对桥梁结构内力、位移等进行跨断层地震响应分析,进而研究不同断层距下断层效应影响。结果表明,在顺桥向+竖桥向、横桥向+竖桥向地震作用下,随着断层距的增大,桥墩的内力、支座的变形和桥墩位移的变形都在减小;不同断层距对桥梁的内力、位移变形影响较大,当断层距大于50 km时,断层效应影响较小。