基于无限元和波场分离法的地震响应数值分析

用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场区域,并在有限元和无限元接触处施加等效荷载以输入地震作用,从而求解半无限地基的地震响应.通过算例对边界和地震输入方式进行验证,研究剪切波作用下,重力和土与结构相互作用对场地地震响应的影响.结果表明:基于无限元和波场分离法的地震输入,能够有效仿真波动在半无限地基中的传播过程;重力对水平地震运动无影响;土与结构相互作用效应使短周期段加速度反应谱值降低,而长周期段加速度反应谱值增加;土与结构相互作用对岩石地基水平位移无影响,但使结构底部地基的最大主应力和最小主应力幅值增大.     

饱和多孔介质中外源振动输入方法的研究

通过建立数值模型研究外源振动下结构-地基体系的动力响应时,往往涉及到半无限地基的模拟以及外源振动的输入.常见的外源振动输入方法主要包括波动法、人工边界子结构法和区域缩减方法(DRM)等.文中首先结合FLAC3D和Matlab比较了人工边界子结构法和DRM方法对单相介质波动问题的适用性,发现DRM方法得到的自由场响应与一维精确解一致;进一步将人工边界子结构法和DRM方法推广到饱和多孔介质中,分别提出了将外源振动转化为节点等效力和等效流量的表达式;最后通过垂直入射地震波动作用下弹性半无限饱和地基响应算例比较了两种方法的可行性.结果表明,DRM方法得到的自由场响应与一维精确解完全一致,而人工边界子结构法得到的响应值偏小.     

倾斜入射地震下结构-地基的透射边界

为正确反映结构-地基动力相互作用,消除传统固定边界模型将地震能量全部陷入计算模型的不合理现象,该文提出倾斜入射地震下结构-地基动力反应分析的有限元模型及其透射边界.有限元模型由主网格、自由场网格和侧边透射层网格组成,地震以入射平面波形式输入,以入射波运动作为非惯性参考坐标系建立相对运动的动力方程.结构-地基实际反应为相对运动与入射波动之和,算例表明透射边界模型能有效地透射倾斜入射地震下结构-地基动力反应的辐射分量.     

地震波动输入方法对高土石坝地震反应影响研究

将地震波动输入方法引入高土石坝地震反应分析程序,讨论了该方法在坝体与地基之间相互作用及无限地基辐射阻尼的模拟效果.为探讨地震波动输入方法对高土石坝地震反应的影响,从地震波频谱特性、坝体高度和地基模量三个方面开展了研究工作.分析结果表明:与传统的一致输入方法相比,地震波动输入方法可以考虑无限地基辐射阻尼的影响,并合理地反映出坝体与地基之间相互作用的变化规律;当高频含量较多的地震波作用时,传统一致输入模型与所提出地震波动输入模型的数值结果差异相对较大;两类模型数值结果的差异区域会随坝体高度的增加逐渐增大;地震波动输入方法可以较好地反映出地基模量变化对坝体与地基之间相互作用的影响.     

地基与库水模型对重力坝地震响应的影响研究

采用有限元法构建了一种较为综合的重力坝-地基-库水系统地震响应分析模型.其中,采用黏弹性边界模拟无限坝基,采用等效荷载法实现地震动输入;采用声学单元及无反射边界条件模拟坝-库动力相互作用.以第十五届国际大坝数值分析标准算例研讨会主题A中的Pine Flat重力坝为例研究了该模型的计算精度.以黄登混凝土重力坝12号挡水坝...     

基于ABAQUS的三维粘弹性边界单元及地震动输入方法研究

基于大型通用有限元软件ABAQUS,利用FORTRAN语言编写了适用于粘弹性人工边界的外源波动输入子程序SDAB.FOR.该子程序包含粘弹性边界和加载两部分,粘弹性边界通过子程序UEL结合隐式积分算法定义粘弹性边界单元对整个系统的雅克比矩阵贡献来实现;人工边界上的总波场分解为无局部场地效应影响的自由场与局部场地效应引起的散射场,地震波作用于人工边界的自由场荷载可由设计地震动位移时程和速度时程统一表达,利用描述法向荷载和切向荷载的加载子程序DSLOAD、UTRACLOAD实现,从而可方便实现地震动的有效输入,避免了单独求解自由场.将考虑粘弹性边界条件的外源波动输入和内源地震动输入方法分别应用于某高拱坝的动力响应分析,并与常规无质量地基模型计算结果进行了对比,结果表明,考虑地基辐射阻尼的两种地震动输入方法均会显著降低结构的动力响应,其中采用外源波动输入方法的降幅更大.     

装配式钢筋混凝土管型通道地震响应分析

文章通过沿人工边界设置一系列由弹簧和阻尼器组成的简单物理元件的黏弹性人工边界来模拟无限地基,建立了土-装配式钢筋混凝土管型通道地震动力相互作用的二维有限元模型。利用ANSYS中APDL参数化语言编制了相应的程序,对某装配式钢筋混凝土管型通道进行了地震响应分析,探讨了其动力反应特性及动力响应规律,以期对实际工程建设有所裨益。     

重力坝动力分析黏弹性人工边界及其地震动输入处理方法

基于黏弹性人工边界理论,探讨了无厚度Goodman单元模拟黏弹性人工边界可行性,推导了与之相适应的地震动输入方式在有限元中的实现过程,并通过经典的Lamb算例和重力坝—地基—库水系统的地震动力反应实例进行验证。结果表明:该单元代替弹簧—阻尼器的方法,使黏弹性人工边界的施加方式更为简单,易于实现,操作性强,同时又能够保证计算精度和计算效率。与传统的无质量地基模型相比,本文的黏—弹性人工边界方法能够很好地考虑地基辐射阻尼的作用,更符合实际工程情况,从而可为同类工程的抗震分析提供参考。     

基于坝基散射波衰减影响的重力坝动力响应分析

在有限元模型人工边界上结点的法向和切向分别设置一系列并联的弹簧和阻尼器单元,以考虑基于衰减散射波的无限地基辐射阻尼的影响,利用ANSYS中的APDL参数化设计语言,编写实现黏弹性人工边界的宏文件,对某重力坝-地基系统进行了地震响应分析.研究结果表明:在进行动力响应分析时,与固定边界无质量地基相比,考虑了无限地基的辐射阻尼效应影响后,坝体的动力响应峰值减小了4%~38%,也更加符合工程实际.     

无限水深内完全非线性数值波浪水槽建立

基于无旋、不可压的势流理论,利用高阶边界元法建立了一种可应用于无限水深的无粘三维完全非线性数值波浪水槽.研究中,自由水面条件为完全非线性边界条件,进而可以模拟任意强的非线性波浪.将镜像格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以至于两水槽侧壁可以排除于计算域外.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置在计算域内,同时在出流边界布置人工阻尼层来吸收出流波浪.线性的和完全非线性数值实验验证了所建立的数值模型可以用来产生无限水深的任何指定波浪,计算结果与解析解吻合得很好,且在出流边界没有反射.     

有固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对有固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

无固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对无固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

地基基础-坝体体系动力特性及地震反应分析的有限元与无限元耦合法

编制了有限元及有限元—无限元耦合计算程序，利用其分析了广西源口拱坝在有限域及无限域地基下的动力特性与动力响应，并与常规刚性地基下坝体的动力特性、动力响应进行比较，得出结论：1．弹性地基下拱坝自振频率减小、动位移最大值增大；2．耦合分析法具有较高的精度和显著的经济性，是工程应用中值得推广的一种分析方法。     

饱和地基轴对称竖向振动有限元-无限元耦合解

根据饱和土弹性波动方程和波的传播特性，建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序；对可蜕化为单相弹性地基的气饱和土(干土)与渗透性很差的水饱和土地基，应用该方法计算了Lamb问题的地表竖向位移，其结果与既有单相弹性地基的理论解吻合良好．所提出方法可为求解层状饱和地基轴对称动力问题、研究饱和土中单桩复合地基动测技术等提供一种较为简便而可靠的分析手段．     

圆弧形沉积谷地对Rayleigh波三维散射解析解

采用假定的大圆弧面来模拟半空间，利用波函数展开法和有限项Fourier级数展开技术，在频域内给出圆弧形沉积谷地对Rayleigh波三维散射的一个解析解．以此解答为基础，进一步分析入射波的频率和入射角度以及谷地深度对圆弧形沉积谷地场地反应的影响．数值结果表明，入射频率和入射角度以及沉积谷地深度对沉积谷地地表位移有重要影响．     

近断层地震动速度脉冲之桥梁地震反应敏感参数分析

研究并确定近断层地震作用下桥梁地震反应的速度脉冲敏感参数是结构抗震设计的关键。基于距离发震断层15km范围内的164条脉冲型近断层地震记录,采用数理统计分析方法,给出了建议的脉冲模型及其参数估计式。通过与实际记录时程和SDOF结构地震反应进行比较,说明了建议脉冲模型的合理性。通过建立空间桥梁结构模型,采用非线性有限元方法,计算分析了脉冲参数对桥梁结构地震反应的影响,确定了影响地震反应的脉冲敏感参数。     

地震次声波研究——以苏门答腊俯冲带上的大地震为例

 次声监测方法在灾害监测方面得到了越来越广泛的应用,特别是在地震监测领域。大震来临之前1~10 d,通常都会接收到次声波异常信号,这种异常信号是由于孕震末期地质体运动引起地表波动而产生的。本文以2004 年苏门答腊8.7 级大地震为例,观测研究其震前接收到的次声波异常信号,并利用有限元数值模拟方法模拟了次声波异常信号的产生。分析结果表明,苏门答腊大地震发生之前的孕育末期,地质体的动力学行为引起了次声波,次声波的能量主要集中在10^-3 Hz 量级上,研究次声波的异常信号可能为地震预测提供一条有价值的途径。     

流固耦合对脱硫塔结构简化模型的动力反应分析

为研究流固耦合对脱硫塔结构简化模型动力反应的影响,采用有限元程序(Adina)模拟脱硫塔结构简化模型在地震作用下的流固耦合效应.首先对脱硫塔结构进行合理简化,在不同液位下进行了脱硫塔结构的模态分析,研究了塔内液位高度对脱硫塔结构的频率和振型的影响;其次,通过对脱硫塔结构进行地震波加载,研究了塔内液位高度、地震波输入角度和加速度峰值对脱硫塔结构的位移和加速度的影响,并与试验结果进行比较.结果表明,脱硫塔结构的频率会随着液位增高而减小,塔内液位高度、地震波加载方向及加速度峰值对脱硫塔结构加速度的影响比较大,而对其位移影响不大.