地下结构的地震动土压力分析

本文从土与结构动力相互作用的观点出发,提出了用动力有限元分析计算地下结构上地震动土压力的方法。然后,对方形地下结构上的地震动土压力分布作了计算分析。采用了三种不同的地震曲线作为输入地震,对每一种地震曲线还用多种地震波入射角进行了对比研究,得出了一些规律性结果。     

软土地铁结构非线性地震反应分析

基于天津典型粉质黏土层条件,建立两层双柱三跨地铁车站与隧道三维有限元模型,从地下结构的变形、损伤和应力方面研究其在不同地震波作用下的非线性地震反应.分析了地连墙及回填土密实度对车站结构地震反应的影响.结果表明,在地震作用下,结构的变形沿高度方向增加;地铁车站中柱顶、底受到交替的动拉压应力,且出现较大的拉伸损伤,是抗震薄弱构件.此外,地震波频谱特性对结构的地震反应有很大影响,天津波和人工波作用下结构的地震反应远大于El-Centro波作用下的地震反应.地连墙和回填土会改变地下结构周围介质的物理性质,从而影响到结构的地震反应,在通常的地下结构抗震分析中不考虑地连墙的存在会高估地震对结构的影响;为减轻结构震害,地铁施工时应保证回填土的密实度.     

强地震作用下深基坑支护体系灾变破坏过程数值模拟

通过对地震作用下地下连续墙加钢支撑的基坑支护结构的稳定性进行三维动力有限元模拟，研究了基坑支护结构形式及其结构失稳、灾变破坏过程及时程特性、结构对地震波传播方向的敏感性，及其振动引起位移的空间分布特性.结果表明：在强地震作用下，基坑支护结构在极短时间（t≤10 s）内可以产生灾变破坏；地震波传播方向对结构体系的稳定性具有显著影响，其最不利的角度为轴向30°~40°；结构地震反应强度具有明显的区域分布特性.     

地震作用下大跨地下结构覆土地面动力响应

为了给大跨地下结构地面上新建建筑的抗震设计提供依据,以某大跨地下拱壳结构工程为对象,采用通用有限元软件ANSYS,建立大跨地下拱壳结构-上覆土体的数值计算模型,依据结构抗震设防目标及场地条件,输入三向地震波进行地震反应分析。在结构覆土地面沿纵向和横向分别选取代表性节点,提取沿纵向线及沿横向线分布各点的地震反应,分析地面点的位移与应力响应,并结合建筑结构动力特性进行分析。研究结果表明:所建立的地下结构-上覆土体的地震反应分析模型能够反映出结构上覆土地面的动力反应特性;在靠近大跨地下拱壳结构的地面投影中心附近,竖向动力响应较为显著,不宜增建对竖向位移响应较敏感的结构;在综合利用大跨地下拱壳结构上部地面空间时,对地面增建建筑进行抗震设计时,分析结果可为增建建筑抗震分析的地震输入与分析提供理论指导,并为增建建筑位置的选取及结构选型提供依据。     

橡胶垫减震结构的动力反应

对多层框架橡胶垫减震结构在弹塑性范围内进行了地震反应的动力分析,详细介绍了进行动力分析的方法和结构的动力特性,计算了结构在地震波作用下各层的位移、加速度和剪力等地震反应·从与抗震结构动力反应比较可见,减震结构采用橡胶隔震垫后,改善了上部结构的动力特性,地震反应明显小于通常的抗震结构;此外,不同的场地对建筑物减震的效果有所不同,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地下,减震结构同抗震结构相比有二度以上的减震效果;在弹塑性范围内对结构进行动力分析比只在弹性范围内分析,能够更准确地反映实际情况,从而提供较为准确的设计依据·     

基于时程分析法的大跨度海底隧道地震响应研究

以某海底隧道实际工程为背景，采用地下结构地震时程分析方法，基于有限元软件建立了海水-土体-隧道结构相互作用的数值计算模型，开展了复杂地质条件下大跨度海底隧道地震动力响应研究，重点分析了不同加速度峰值地震波作用下海底隧道的位移、变形、加速度和结构内力等响应参数的变化规律。分析结果表明：地震作用下该海底隧道主要发生整体位移，结构变形较小；地震作用对隧道结构侧墙和中隔墙处的弯矩和剪力有明显增大作用，所以在前期设计中时应适当考虑地震动力作用，局部增设抗震措施；随着地震波峰值加速度的增大，海底隧道结构的位移、变形、加速度、内力等动力响应也越大。研究成果可以为大跨度海底隧道工程抗震安全性研究提供参考。     

不同类型地震波作用下一体化车站结构地震响应分析

为了研究不同类型地震波作用下一体化地铁车站结构地震响应特性,基于ABAQUS软件建立地铁地下车站-土-地上建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,利用典型的近、远场地震动记录,计算分析城市轨道交通枢纽一体化结构在不同地震动类型作用下的地震响应规律.结果表明:土-一体化结构体系与自由场地各阶自振频率较为接近,一体化结构的存在对场地土动力特性的影响较小,从工程的角度看可忽略不计;在土-一体化结构体系基频附近能量分布相对集中的地震波能够对一体化地铁车站结构的地震响应产生显著的影响;一体化地铁车站结构具有明显的空间效应,不同区域之间的地震反应差异明显,应该按照空间问题进行一体化地铁车站结构的抗震计算.研究成果对该类结构的抗震设计与分析具有一定的参考意义.     

Y形钢管桁架通廊的弹塑性动力时程分析

以某Y形钢管桁架通廊为研究对象,利用有限元软件MIDAS Gen建立结构计算模型.根据目标反应谱,选取2组天然地震波和1组人工地震波,对Y形钢管桁架通廊在罕遇地震作用下进行三向地震波输入的弹塑性动力时程分析,研究结构的变形和塑性发展程度.结果表明,在罕遇地震作用下,通廊主要构件基本保持弹性,变形满足规范要求,结构能达到预定的抗震性能目标,具有良好的抗震能力.     

大型地下洞群的地震动力稳定性分析

节理岩体开挖后经常形成楔形块体,对大型地下洞室顶拱和边墙的稳定性构成威胁.地震的动力作用将加剧块体的运动,进而影响洞室的整体稳定性,合理地评价高烈度地区大型地下洞室的稳定性具有现实意义.节理岩体中地下结构的动力响应与稳定性分析目前研究较少.本文采用了动力离散元法分析了大型地下洞室群的动力响应,认为地下结构并不能完全免于震害,高烈度地震对于节理岩体中的地下结构有明显影响.     

地震动参数对高层混合结构破坏的影响

采用15条地震波对3个层高不同周期不同的钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构进行动力时程分析,以了解地震波的峰值速度与峰值加速度的比值、峰值加速度、以及强震持时对结构破损程度的影响.结果表明:地震波的幅值相同时,结构的破坏程度与地震波峰值速度与峰值加速度的比值呈正比;地震波峰值加速度的增大使结构破坏程度不断提高,提高的速度先急后缓;地震波强震持时对结构破坏的影响随结构自振周期增大而增大.根据研究结果提出了结构破损计算公式,该公式综合反映了地震波幅值、频谱特性对不同周期结构破坏的影响,利用它能较为准确地判断地震波对结构的破坏能力.     

地下综合管廊地震响应研究

通过动力方程的推导,提出在地下结构抗震分析中,位移时程输入可能是更好的选择.在此基础上,考虑多种因素,建立了三维地下综合管廊有限元模型,分析了其在地震作用下的响应特性.研究发现,在轴向地震动输人情况下,结构出现整体弯曲变形.另外边界以及接触面条件对结构应变影响较大.在结构考虑为弹性的情况下,自由边界较无限单元情况下的结构应变幅值明显偏小,相对误差最大可达123.3%,当不考虑土体与结构之间的相对滑移时,结构的应变增大幅度可以达1/3之多.最后对行波效应的影响进行了探讨.     

全火星模型中震波传播特征的数值模拟研究

采用基于交错网格的傅里叶伪谱与有限差分混合方法, 求解弹性波动方程, 根据地球化学分析得到的两个火星理论结构模型, 模拟二维全火星模型中P-SV波和SH波的传播过程。根据理论地震图和波场快照, 讨论全火星模型中震波的传播过程以及各种震相的产生和演变, 分析模型内部火星壳厚度以及火星核幔边界深度对震波传播的影响。结果表明, 在低速火星壳内部多重反射波及转换波的相干叠加会形成很强的波列, 其特征受火星壳厚度的影响较大, 在切向分量上可以更清晰地观测到核幔边界的反射震相。     

土-结构-调谐液体阻尼器相互作用体系的地震反应

在时域内建立了土 -结构 -调谐液体阻尼器 (TLD)相互作用体系地震反应的运动方程 ,以 12层和 2 4层两种钢结构为例 ,计算了深覆盖土层上钢结构在无控和受控条件下的地震反应 ,通过 5种土层波速和 3条不同输入地震波的多种工况的数值分析和比较 ,讨论了土 -结构相互作用对钢结构TLD减震控制效能的影响及其规律性 .计算结果表明 :一般情况下 ,土 -结构相互作用对结构地震反应的影响要强于TLD的减震影响 ,因此 ,科学而准确地分析土 -结构相互作用体系的地震反应 ,是确定设置TLD的必要性和合理性的首要前提条件 .     

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.     

电磁驱动可控震源激发信号估计方法研究

电磁驱动可控震源应用中,常规方法采用基板附近信号估计激发信号。研究发现,复杂地质条件下,该方法估计结果误差较大。因此,提出利用直达波与其他地震波到时不一致的特征,通过匹配滤波技术从震源基板附近信号中提取直达波来估计震源激发信号的新方法。数值模拟研究表明,方法估计的激发信号与理想激发信号相关系数为0.957 4,达到高度线性相关,说明方法适用于复杂地质条件下电磁驱动可控震源激发信号的高精度估计。     

地震波输入角度对钢网格盒式束筒结构响应的影响

为研究空间钢网格盒式束筒结构在地震作用下的弹塑性性能,采用ETABS有限元软件建立数值模型.通过改变地震波输入角度,对钢网格盒式束筒结构进行罕遇地震作用下弹塑性时程分析.从结构顶点时程位移、基底剪力、层间扭转角及各构件塑性发展进行对比分析,寻求对结构不利的地震波输入角度.分析结果表明:坐标轴方向并不是地震波作用的最危险方向,与结构X轴成45°左右的方向对该结构的影响最大;盒式束筒结构抗震防线明确,具有良好的抗震性能.     

地下综合管廊地震响应研究进展

近年来,作为承载城市动脉重要的生命线工程,地下综合管廊工程大量涌现,其抗震性能及地震响应研究成为当前地下结构工程的热点方向之一.首先,简要介绍了地下综合管廊的震害现象及抗震分析方法;其次,基于中国大量的典型实际工程,将地下综合管廊工程按建设试点前、建设试点及非建设试点进行分类,并总结了地下综合管廊工程的特点;再次,对中国地下综合管廊地震响应研究的发文量进行简要分析;最后,针对地下综合管廊工程的特点,分别从中外(模型试验及场地条件、地震波、预制结构等数值模拟)角度入手详细阐述了其地震响应的研究现状和进展,总结了目前主要的研究成果,并指出现有研究的不足与问题,对下一步的研究方向提出了一些建议.     

隧道爆破地震波作用下砌体建筑物振动响应分析

为研究隧道爆破地震波作用下砌体建筑物的振动响应,以青岛地铁3号线下穿某砌体建筑物爆破施工为背景,通过现场爆破振动监测和有限元数值模拟,对砌体结构的爆破振动速度和主振频率随楼层的变化规律进行研究。结合数值计算,进一步分析隧道埋深、单段最大装药量,装药结构等不同因素下砌体建筑物的振动响应。分析表明:在隧道爆破地震波作用下砌体结构在垂直方向的振动响应强度明显大于水平方向,并且存在一定的高程放大效应,在爆破施工时应加强对砌体结构顶层的防护;隧道下穿砌体建筑物施工时,爆破地震波的主频率主要集中在10～60 Hz内,建筑物自振频率则大多为3.0～3.5 Hz,该砌体建筑物与爆破地震波较难发生共振;砌体结构动力响应强度随着不耦合系数的增加而逐渐降低,随单段最大装药量增加近似呈线性关系,改变装药结构及控制单段最大装药量是控制爆破振动的有效措施;爆破振动速度对隧道的埋深响应敏感,在数值上出现数量级的变化。通过对多层砌体结构振动响应分析,有利于不断提高与完善现有的爆破技术与减振措施。     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

福建土楼混合结构抗震性能的数值模拟分析

研究福建土楼外部夯土墙和内部木构架对土楼整体抗震性能的贡献,探讨方形和圆形土楼抗震性能的差异.采用有限元数值模拟方法,选取与福建土楼地质条件相近的两组天然地震波(EL Centro波和Taft波)和一组人工地震波,以圆形土楼承启楼和方形土楼世泽楼为例进行分析.分别对外部夯土墙和夯土-木构架混合结构进行计算,得到在地震作用下的应力、层间相对位移、层间位移角、木结构承受的水平地震剪力等性能指标.结果表明:地震力主要是由夯土墙的惯性力引起的,夯土墙占水平地震总剪力的97.4%;圆形土楼的应力和应变比方形土楼更均匀,空间整体性更好.