土-结构相互作用下单层柱面网壳振动台试验及数值分析

基于设计长度×宽度×高度为7.7 m×3.2 m×1.2 m的模型箱,以长度×跨度为1.8 m×1.8 m的单层柱面网壳为研究对象,设计实现土-独立基础-单层柱面网壳结构振动台试验,研究不同地震波输入下土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的规律,同时采用整体有限元法建立振动台试验的有限元模型,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:考虑土-结构相互作用时,土-独立基础-单层柱面网壳结构体系的试验结果与模拟结果变化规律基本一致,土-结构相互作用下基础底部的加速度峰值响应较自由场加速度峰值响应增大;土体与基础之间滑移和提离现象及模型箱的刚度是影响试验结果与模拟结果差距的主要因素,尤其是随着振动次数增多,土体与基础之间的非线性接触更加显著;地震波频谱特性是影响土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的重要因素,在试验设计时应当尽量避开结构体系与地震波主频一致而发生共振现象,否则造成试验结果失真。     

桩-土-结构相互作用下新型抗拔摩擦摆支座对单层柱面网壳结构地震响应的影响

基于设计提出的铜基面抗拔摩擦摆支座(FPB)试验研究和数值模拟,将铜基面抗拔摩擦摆支座以双线性模型简化,并结合桩-土-结构相互作用(PSSI)、黏弹性人工边界相关理论,采用整体有限元法建立桩-土-结构相互作用的隔震(PSSII)单层柱面网壳结构模型,研究桩-土-结构相互作用下铜基面抗拔摩擦摆支座对网壳结构地震响应的影响及地震波输入的空间效应问题。研究结果表明:铜基面抗拔摩擦摆支座使桩-土-结构作用下的网壳结构的节点加速度峰值衰减50%~60%,网壳杆件的内力衰减50%~80%,地震波频谱特性对抗拔摩擦摆支座的隔震效应有着不可忽略的影响;PSSII体系网壳节点加速度最大值未必在地震波垂直入射时最大,入射角度45°~60°是一重要的考虑区间;当地震波入射角度为55°~80°时,在进行抗震计算时可按国家标准规定进行地震波输入,当不在此范围时,不宜按照规范规定进行地震波输入,应考虑地震波的空间效应。     

斜拉单层柱面网壳地震响应及失效特征

在双向网格型单层柱面网壳结构面内及面外布置拉索有效地增强了网壳结构刚度,提高了结构的承载能力,前期已针对斜拉单层柱面网壳结构的静力稳定性进行了系统的研究,但有关该结构的地震响应研究还不够充分.本研究基于上述静力稳定性研究成果,通过ANSYS有限元软件对斜拉单层柱面网壳结构进行了动力失效分析,并利用本文提出的应变能响应分析方法考察了网壳结构动力失效时的特征.通过网壳杆件进入塑性比例、杆件进入塑性程度、结构关键节点位移等随加速度幅值的全过程响应分析探讨了结构的破坏形式;并结合动力破坏指标,进一步讨论了不同初始条件下网壳结构的动力失效模式,揭示了结构的动力失效机理.结果表明:拉索的布置形式有效增强了双向网格型单层柱面网壳结构的延性,网壳结构破坏前即使在经历了深刻的塑性发展后仍可保持稳定状态,直至全截面进入塑性杆件数量的突增使结构刚度明显降低,结构发生倒塌破坏.     

考虑地震波斜入射下河谷地形的大跨桥梁动力反应研究

大跨度桥梁的地震动空间变化的非一致影响不可忽略,斜入射是引起这种空间变化的主要因素.研究了斜入射条件下自由场数值模拟方法,建立了考虑地震动空间非一致性的大跨度桥梁三维有限元分析模型,以某跨海连续刚构桥为背景,研究了考虑非一致地震动空间的大跨桥梁地震动力反应,分析桥梁的内力幅值和分布规律.研究了地震波输入、斜入射角、地基土剪切波速以及河谷地形等影响因素的变化对P波及SV波作用下连续刚构桥结构动力反应的影响规律.结果表明,河谷地形条件下,墩底内力的变形规律和平坦地形相比有一些差异.斜入射时河谷地形的剪力和轴力的非一致影响系数与平坦地形相差比较大,P波作用下,墩底剪力和纵桥向弯矩随着入射角的增大而增大,墩底轴力随着入射角的增大而减小,SV波入射时,河谷地形条件下的墩底剪力和纵桥向弯矩随着入射角的增大而减小,墩底轴力随着入射角的增大而增大.     

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.     

地震波斜入射下浅埋偏压隧道动力响应数值分析

基于粘弹性边界的时域波动理论,建立了二维平面SV波斜入射的输入方法.以成兰铁路某山岭隧道浅埋偏压段为研究对象,采用ANSYS研究了地震波入射角度对浅埋偏压隧道地震反应的影响.结果表明:地震波斜入射时,隧道结构的地震响应与垂直入射有明显差异,结构反应随着入射角度的增加而增大,斜入射对隧道竖向地震响应影响更为显著.入射角度对衬砌弯矩峰值包络图影响较大,对轴力峰值包络图影响很小.斜入射时,拱顶、仰拱和拱腰的弯矩增加较多,是隧道衬砌抗震的薄弱部位.     

抛物线型单层柱面网壳的非线性稳定性

对抛物线型单层柱面网壳的静力稳定性能进行了研究.比较了抛物线型单层柱面网壳与圆柱面单层柱面网壳和倒悬链线单层柱面网壳的静力稳定性能.对抛物线型单层柱面网壳进行参数分析,并对抛物线型单层柱面网壳进行结构优化.研究表明:与圆柱面网壳相比,抛物线型单层柱面网壳的极限荷载有大幅度增大;长跨比、矢跨比对网壳的极限荷载影响显著;初始几何缺陷对网壳的极限荷载有较大影响;网壳的斜杆相交角在50°左右,网壳的静力稳定性能最好;按等比数列布置拱向网格间距,比值α的取值在0.85到0.95之间时,网壳的静力稳定性能最好.     

柱面网壳在地震作用下的失效机理研究

利用非线性有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,研究了单层圆柱面网壳在地震作用下的动力稳定性问题,指出当加速度峰值较小时,网壳的节点位移响应随地震加速度峰值增加呈线性增加,结构的变形主要是弹性变形,随着加速度峰值的加大,位移响应增加速度加快,部分杆件进入塑性,当达某一特征值时,位移响应大幅度增加,此时结构丧失了稳定性,沿结构不同方向输入地震波时,X方向首先发生失稳。     

单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法

为克服传统推覆方法无法考虑结构动力稳定性问题的缺点,提出了一种能够考虑单层柱面网壳结构动力效应的阶跃推覆分析方法.首先,通过推覆分析,构造基于振型刚度的等效单自由度体系,获取网壳结构非线性能力曲线;然后,对网壳结构进行逐级阶跃加载分析,并对等效单自由度体系进行时程分析,转化得到临界失稳伪加速度;最后,结合地震反应谱,求得网壳结构动力失稳临界加速度因子.基于某单层柱面网壳的计算结果表明,所提方法简便有效.相比传统推覆方法,所提方法能够模拟出网壳结构动力失稳破坏现象,计算精度提高58.3%.所提方法给出的失稳模式与时程分析方法基本吻合,平均误差仅为23.6%,分析耗时减少75%.     

铝合金单层球面网壳结构阻尼特性

通过现场实测对铝合金板式节点单层球面网壳结构的阻尼比进行了分析研究.针对一平面尺寸45 m×45 m,矢高2.86 m的铝合金板式节点单层球面网壳结构,设计了11种工况,通过现场实测采集了160条人工激励下的节点加速度自由衰减振动信号以及6条环境激励下的节点加速度振动信号,采用解析模态分解法(AMD)结合希尔伯特变换识别结构的自振频率和阻尼比.对所得数据进行分析,建议铝合金板式节点单层球面网壳的结构阻尼比取4%.运用实测阻尼比数据建立有限元模型分析结构动力响应,对应实测节点加速度响应曲线和有限元计算得到的响应曲线吻合较好,所测得阻尼值可为现行规范修订提供依据,为结构动力分析与工程设计提供参考.     

四边支承单层柱面网壳减震体系性能分析

探讨约束屈曲支承(BRB)在四边支承单层柱面网壳结构减震中的适用性。采用有限元分析程序ANSYS,分别对无支撑柱面网壳、加BRBs柱面网壳、加传统支撑柱面网壳做了动力时程响应分析,比较3种情况下网壳节点位移和杆件内力变化情况,分析BRBs消能减震效果,同时对BRBs布置方案做了优化.在网壳屋盖内合理布置BRBs可有效吸收地震能量从而减小网壳结构自身的地震响应,结构位移及杆件内力大幅度下降.BRBs工作性能明显优于传统支撑.     

砂土地基自由场离心机振动台模型试验

为了观察砂土地基自由场的地震响应情况和检验试验用叠环式模型箱的边界效应影响以及应用效果,在输入地震波(采用K obe波)、离心加速度为50 g的条件下,进行了砂土地基自由场动力离心试验。文中给出了加速度反应和位移反应量测结果,研究了砂土地基的地震反应情况。试验结果表明:叠环式模型箱可以较好地模拟自由场土层的剪切变形,边界效应影响较小;振动台的激振性能、数据量测仪器与采集系统的使用效果均良好,从而为后续有关试验奠定了基础。     

强震时单层K8型网壳结构非线性动力稳定分析

针对单层K8型网壳结构在强震时的动力稳定问题,应用非线性有限元理论进行了分析.计算得到单层K8型网壳结构在地震荷载作用下的动力响应,并用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载.结果表明,强震时单层K8型网壳结构易发生动力失稳,临界地震波峰值为0.7g,失稳的区域由第三环与径肋交叉处开始并向周围扩散直至结构坍塌.     

钢管混凝土框架结构模型抗震试验研究

对一圆钢管混凝土框架结构模型进行模拟地震振动台试验研究.试验时输入El-Centro（N-S）波、武汉人工波及天津波3种地震波,分为6度、7度区基本烈度地震的两阶段试验,考察了模型在各阶段试验的不同地震波作用下的地震响应,并分析得到了结构的层间滞回曲线.试验结果表明：3种不同频谱特性的地震波对模型结构加速度和位移反应分布曲线形状的影响很小;且通过加速度功率谱分析得到,框架各层绝对加速度反应主要取决于前两阶振型,三阶以上的高阶振型的影响很小;整个试验过程中,模型结构始终处于弹性范围内,此类结构延性好,具有较好的抗震性能.     

不同地震波输入机制下的结构振动台模型试验

设计了一个10层框架结构,直接置于振动台上进行模型试验.讨论不同输入机制对结构地震反应的影响.在进行了土层自由场、土结构相互作用体系的振动台试验的基础上,选择三种试验记录作为该模型结构振动台试验的台面输入,分别为先期试验中的振动台输入、自由场试验中的地表记录、土结构相互作用体系试验中模型结构基础上测得的记录.把试验结果与土结构相互作用体系的试验结果作对比,讨论不同输入模式的合理性.试验结果表明:不考虑土层因素,直接将基岩波作为输入,与实际误差最大,将自由场的反应作为输入时误差有所减小,而将土-结构体系基础上的反应作为输入时结构反应与实际情况更为接近,但有时会低估结构的反应.     

地震动入射角度对盆地地震响应的影响

为了研究不同入射角度地震动作用下盆地地表地震响应,基于ABAQUS软件显式有限元计算平台,针对某一45°坡角的盆地,以狄拉克脉冲作为输入SV波,探讨了地震波倾斜入射角度改变时盆地地表峰值位移(PGD)等的变化特征.结果表明:入射波作用角度由0°,5°,10°,15°,20°,25°,30°依次增加时,盆地地表PGD表现出先增大后减小的趋势;当入射角度为10°时,地表PGD达到最大值,为输入地震波位移幅值的7.69倍,说明若按垂直入射进行地震响应分析所得结果将偏于不安全;较垂直入射情形,地震波倾斜入射时盆地表现出更为显著的边缘效应,边缘PGD最大值约为盆地中心PGD的1.3倍;地震动响应聚焦区域会随入射角度的增大逐渐向盆地右侧偏移.     

砌体墙片滑移和固结振动台试验对比研究

提出一种简易滑移减震技术,进行滑移层材料制备相关试验,同时进行单层砌体墙片滑移和固结模型振动台试验。对比不同基底约束情况下结构自振周期、加速度、位移等方面的地震反应差异。研究结果表明:在设计地震波峰值加速度较小时,滑移模型和固结模型的顶层加速度和层间位移都较小,在设计地震加速度为0.31g(1g=9.8 m/s2)时,相应为在7.5度罕遇地震作用下,固结模型出现裂缝,而滑移模型有较为明显的滑移,且相对滑移量随着地震波峰值加速度的增大而增大,上部结构在振动过程中为整体水平滑动,一直没有出现裂缝,减震效果明显。     

不同类型单层球面网壳动力时程分析

本文利用ansys有限元软件,以60m跨的凯威特、施威德勒、联方型单层球面网壳为研究对象,研究其弹塑性动力失稳情况.设计时考虑材料几何非线性效应,钢材选为双线性弹性材料模型.采用增大地震峰值加速度的方法,通过选用四条地震波和一条人工地震波,对不同网壳结构的整体稳定性和抗震性能进行了讨论.并对不同网壳的抗震性能及地震波的选取提出了建议.     

单舱地下综合管廊地震动力响应振动台模型试验研究

采用振动台模型试验方法,对EL-Centro地震波作用下单舱地下综合管廊结构动力响应、土体动力响应以及土-结构相互作用机理开展研究。模型试验依托某实际工程为原型,按照1:15的比例尺缩,设计振动台模型试验,输入不同峰值加速度地震波,以此获得管廊结构以及周边土体的动力响应规律。试验结果表明:土体与管廊结构在振动过程中相互制约,存在明显的土-结构相互作用,在强震作用下管廊侧壁和土体出现脱离的情况,单舱管廊结构的运动始终保持了较好的整体性;管廊周边土体由于受到管廊侧壁的约束作用,土体发生不均匀位移或相对位移,动土压力分布形式错综复杂,土拱效应明显;在横向一致地震作用下,管廊结构横向应变随着地震波输入峰值加速度的增强而增大,其中管廊结构中部截面变形最为明显,各截面角点处的变形位移最大,是管廊抗震设计中需要重视的关键部位。     

单层柱面网壳在多点输入下的地震反应

采用可考虑行波效应和部分相干效应的人工合成多点地震动，同时考虑网壳结构的材料非线性和几何非线性，对柱壳在多点输入下的地震反应进行计算，并与一致输入下的地震反应进行对比，考察二者之间的差异；深入分析了大跨度单层柱面网壳结构在多点输入下的地震反应规律，得出一些有益于工程实际的重要结论．