地震激励下海底悬跨管道动力响应的数值分析

为开展地震激励下海底悬跨管道的动力响应分析,考虑海流-地震荷载耦合作用建立修正的Morison方程并推导管道运动方程,建立多点地震输入非线性数值分析模型,动力响应分析结果与已有海底管道的水下模型试验结果吻合较好.在此基础上探讨管道悬跨长度、悬跨高度、管道内有无液体和多点地震输入等因素对管道动力响应的影响.结果表明:管道悬跨长度、悬跨高度是影响管道动力响应的主要因素;悬跨长度每增加1倍,应力会增加37.1%;悬跨高度增加1倍,应力增加21.8%;多点输入工况下应力增加38.7%;满水管道应变平均增加27.1%.     

单自由度体系地震能量反应的计算

在地震中，结构吸收地震波输入的能量，并以阻尼耗能和滞回耗能的形式消耗能量。通过结构弹塑性地震反应分析的时程分析法，可以计算出结构地震总输入能及结构阻尼耗能和滞回耗能的时程曲线。这些曲线可以为结构抗震分析提供依据。简要介绍了计算单自由度体系弹塑性地震能量反应的基本过程，并以算例说明。     

地下管廊减隔震装置抗震性能分析

为降低地震对城市地下综合管廊内部管道运营安全的影响,利用三维有限元数值模拟对围岩-管廊体系进行模态分析,提出新型减隔震支架和减隔震支墩设计方案,对围岩-管廊体系、围岩-管廊-支架体系和围岩-管廊-支墩-管道体系进行动力时程分析,并对减隔震支架进行室内抗震性能试验。结果表明：围岩-管廊体系前十阶固有频率位于3.5～6.1 Hz间,与地震波频率接近,地震作用下容易出现共振;管廊横截面上部及底部棱角处动载荷均超过40 MPa,中上部位移变形超过30 mm,受地震作用影响大;地震作用下,减隔震支架最大位移较普通支架降低55%,且较大位移持续时间明显缩短;最大应力较普通支架减小26%,且最大应力由支架根部移至支架斜撑位置;减隔震支墩支撑管道最大位移较普通支墩降低9.97%,且管道位移相位后移;最大应力较普通支墩降低约24%;减隔震支架极限抗拉承载力为普通支架的2.39倍,极限抗压承载力为普通支架的4.53倍,抗震性能显著优于普通支架。新型减隔震装置的抗震性能及承载力明显优于传统装置,可有效降低地震对管线安全的影响。     

基于应变设计的长距离输送管道抗震可靠度评估方法*

根据QSY-GJX-0135-2008埋地管线穿越强震区管道应变设计方法,结合目前国内外工程可靠性设计规范,提出了一种基于应变设计的管道抗震可靠度直接计算方法。该方法综合考虑了地震荷载作用和管道材料本身材料性能的不确定性,建立了管道在地震作用下的应变极限状态方程,研究不同地震烈度下,不同管道径厚比的管道可靠度指标变化规律,给出管道可靠性评估。结果表明:管道径厚比的变化对管道的安全性有着显著影响,相同地震烈度下,管道可靠度指标随着管道径厚比的增加呈指数减小;地震烈度越高,地震效应越大,管道的可靠度指标越低;基于应变设计的管道抗震可靠度计算方法,实现了管道在地震作用下的管道可靠度定量描述,符合工程实际,能够为科学、合理地进行管道抗震设计提供一定的计算依据。     

普光天然气管道悬索桥地震时程反应研究

为研究普光天然气管道悬索桥动力性能,完成了在天津波作用下的单向和三向一致激励地震时程反应计算。结果表明,在横向地震波激励下,普光天然气管道悬索桥的地震响应主要表现为桥身的横漂和桥塔的横桥向振动,顺桥向和竖向振动效应很小。在顺桥向地震波激励下,悬索桥的各个部位的位移和应力都明显比横桥向地震波激励下的位移小。在竖向地震波激励下,悬索桥的地震响应主要表现为桥身和桥塔的竖向振动,顺桥向和横桥向振动效应很小。对于桥身结构,横桥向的地震波所产生的震害最大,其次为竖向的地震波,顺桥向的地震波所产生的震害最小。对于主塔结构,顺桥向地震波激励下其位移时程曲线波动最大,但顺桥向地震波激励下的主塔应力时程曲线低于横桥向的地震波激励下的应力时程曲线。     

高尾矿坝的静、动应力非线性分析与地震稳定性

本文采用静力有限单元法和动力有限单元法并考虑到尾矿的静力非线性和动力非线性性质,利用等参数单元,详细地分析了德兴铜矿4号尾矿坝的静、动应力和应变。在分析中采用了两种地震曲线,而每种地震曲线又用两种最大加速度(0.2g和0.4g)作为基底输入地震,求得这四种情况下坝体系统内的加速度反应以及应力应变分布规律。此外,在线性弹性的假设下,分析了该坝的自振特性。最后根据求得的动应力时程曲线以及每一单元的应力,利用尾矿的室内三轴试验资料和国外最近发表过的单剪试验资料,对该坝在8度和9度地震情况作了液化分析。     

钢管砼构件的工作原理及其抗震性能浅析

通过构件应力-应变曲线及钢管和砼的相互作用阐述钢管砼构件工作原理;从弯矩-曲率相关曲线分析构件的抗震性能。     

反应谱法分析钢筋混凝土拱桥在E1地震作用下的抗震性能

以上承式钢筋混凝土拱桥为研究对象,分别利用反应谱法和动力时程分析法分析拱桥在E1地震作用下的抗震性能,得到桥墩、拱肋的位移曲线及内力曲线.通过两种分析方法的比较可知:在E1地震作用下,无论是纵向激励还是横向激励,反应谱法分析得到的位移、内力曲线与动力时程分析得到的结果基本吻合.由此可知,应用反应谱法分析在E1地震作用下混凝土拱桥的抗震性能是可行且有效的.     

汶川地震断层应力强度因子分析超奇异积分法

 地震作为复杂瞬态断裂破坏物理过程,其机制研究是一个多学科交叉问题;同震断层处应力/能量积累释放规律,为从断裂角度研究地震机制提供了一个切入点;应力强度因子（应力角度）和应变能强度因子（能量角度）是断裂力学/物理学的两个最基本的参数。本文应用非线性边界元和主部分析法,将汶川地震断层破坏过程转化为解以断层位移间断为未知函数超奇异积分方程组问题,定义了断层处应力强度因子;利用有限部积分概念及体积力法,为方程组建立了数值解法,编制了Fortran程序,得到断层处应力强度因子数值结果;通过研究应力强度因子随断层位置变化规律,分析了汶川地震断层破坏过程;结合应变能强度因子理论,通过对宏微观电磁破坏过程进一步深入模拟研究可得到电磁辐射破坏变化规律,为地震短临预测提供理论支持和帮助。     

圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析

首先推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制了相应的计算程序,然后重点对圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构进行几何非线性地震响应时程分析．针对主体结构单独承载及子结构参与协同承载两种情况,分析了立体桁架拱内关键节点及关键杆件的地震响应时程曲线,了解了结构基本地震响应时程特性;进行了不同方向地震波作用时程对比分析,论证了该结构抗震验算需考虑三维地震作用;最后将振型分解反应谱法与时程法结果进行了对比分析,说明了对于该结构,反应谱法可用作初步的抗震分析,但最终必须用时程法进行验算．     

基于性能抗震分析的核电常规岛主厂房设计

为了对核电常规岛主厂房结构抗震进行分析,通过工程实例分析基于性能的抗震设计的优点,并在不同的抗震性能目标控制下,运用SAP2000有限元程序,对主厂房结构进行静力弹塑性分析,绘制能力谱-需求谱曲线,分析结构主要构件应力、应变和楼层层间位移角特点,检验结构的抗震性能。结果表明:主厂房结构应力、应变合理,层间位移角满足规范要求。该成果对基于性能的抗震设计方法的运用和推广具有一定的参考价值。     

穿越走滑断层埋地管道应变特性的试验研究

穿越断层的埋地管道在地震等外力作用下会发生屈曲、断裂等破坏,研究走滑断层作用下埋地管道的应变特性,对管道工程的设计和防护等具有重要意义.借助前期设计的场地变形组合试验装置,针对走滑断层的作用特点,模拟穿越此断层的埋地管道受力情况,测得随断层错动管道的应变分布及管道周边土体压力变化,分析管径变化对应变和管周土压力的影响,得出管道变形区域的范围.试验结果表明:断层面附近的管道在断层走滑错动过程中受到轴向拉力或压力的作用,其变形沿断层面与管道交点近似呈中心对称;距离断层较远的管道随土体一起运动,不会产生变形,即管道变形在断层附近的一定区域内;管径越大,受断层运动影响的管道变形区域越小;随断层错动位移量的增大,断层附近管道周围土压力和管道的轴向应变都增大,且随管道直径的增大管周土压力和轴向应变减少.     

船闸闸室-地基相互作用体系地震动力特性三维数值分析

目的研究船闸闸室体系动力受力变形特性,分析其地震作用下船闸闸室结构-地基相互作用体系的动力响应特性,评价其抗震性能.方法采用子空间迭代法提取船闸闸室体系自然频率与振型,采用考虑几何非线性的Newmark隐式积分法求解船闸闸室动力体系方程,针对横向和竖向地震力作用下船闸闸室相互作用体系分别进行振型分解反应谱和动力时程分析.结果 3组水平地震波作用下,船闸闸室体系闸墙横向水平位移最大幅值为42.5 mm,最大拉应力为1.39 MPa.结论船闸闸室体系弹性动力时程分析与地震反应谱计算结果幅值水平相近,地震反应谱分析结果及进一步动力时程分析,船闸结构满足抗震规范要求.     

曲线梁桥非线性分析及抗震性能评估

以上海莘庄立交工程中的一段曲线梁为例 ,按照实际结构构造 ,充分考虑材料非线性及连接构件的非线性等因素 ,以弹塑性纤维梁柱单元模拟桥墩、空间滑动支座单元模拟橡胶支座和滑板支座、接触单元模拟相邻结构之间的碰撞、大刚度弹簧模拟抗震销的限位作用 ,建立非线性时程反应分析模型 .基于位移和多级设防的桥梁抗震设计思想 ,进行设计烈度地震和罕遇地震 2个概率水准下的空间时程地震反应分析 ,并进行曲线梁的抗震性能评估     

归一化时-频反应谱与结构损伤曲线的应用

为了研究归一化时-频反应谱和结构损伤曲线在抗震设计中的应用价值,对某十层RC框架结构采用地震动特性截然不同的唐山地震天津波SN方向和集集地震波SN方向进行弹塑性时程分析,对比了2种工况下结构损伤曲线在地震波归一化时-频反应谱上的表现.结果表明,结构的最大地震反应并不一定造成结构最大破坏,而随后很小的反应也可能最终导致结构倒塌,选用不合理的地震记录进行抗震设计是不可靠的,故传统的反应谱理论存在一定的局限性.结构损伤曲线通过自振周期的变化可以反映结构的塑性发展,与同时具备地震动三要素(振幅、频谱和持时特性)的归一化时-频反应谱相结合,可有效预测结构的损伤机制,从而为大震下结构的抗倒塌设计提供参考依据.     

空间钢网格盒式筒中筒结构地震弹塑性响应分析

为研究空间钢网格盒式筒中筒结构在地震作用下的弹塑性性能,利用有限元软件MIDAS建立结构数值模型,对其进行罕遇地震作用下弹性时程分析和弹塑性时程分析,并对结构顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角等进行比较分析.通过结构弹塑性反应分析得到结构塑性铰损伤过程,得出该结构塑性铰发展及构件屈服顺序.结果表明:盒式筒中筒结构抗震防线明确,能够很好地实现基于性能的结构设计.     

土压缩指标的率相关特性试验研究——以兰州黄土为例

黄土是一种特殊的率相关岩土材料,其压缩指标(如弹、塑性压缩系数和前期固结压力等)对加载速率的响应极为敏感.本文以兰州黄土为研究对象,开展了不同干密度和应力加载速率条件下的K_0加载试验.在此基础上基于不同压力条件下应变随时间的时程曲线分析了不同应变速率条件下的应力应变发展规律.结果显示,不同应变速率条件下兰州黄土进入塑性阶段的应力应变曲线为一系列平行线,且这些平行线的位置随着应变速率的增大而升高.对于应变速率相差一个数量级的平行线,其间距为常数.其物理意义为恒定荷载条件下应变与时间对数曲线的斜率.进一步分析表明,使用每级荷载作用下的最终应变得到的应力应变曲线与不同应变速率条件下的曲线大致平行,因而弹、塑性压缩系数以及前期固结压力可以通过最终应力应变曲线获取.其中,弹性压缩系数和前期固结压力与应力加载速率负相关,而塑性压缩系数和恒载应变速率参数受应力加载速率影响较弱.所以,在黄土场地动力学稳定性分析中,应充分考虑应力加载速率的影响,提高稳定性计算的准确性.     

大比例缩尺模型振动台试验及有限元分析

为研究复杂结构的抗震性能,进行了一幢钢框架-支撑结构体系1/20缩尺模型的地震振动台试验,试验测试了模型结构的动力性能和结构地震反应.同时,利用ANSYS软件建立了有限元分析模型,并对试验模型结构进行了动力弹塑性时程分析,就模型的频率、位移反应和应变反应进行了对比,计算结果和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性.     

反应谱法在核电厂管道地震分析中的应用

核电厂常规岛管道地震分析一般采用等效静力法、反应谱法和时程分析法,反应谱法是其中最常用的一种方法。以某核电厂的4号低压加热器抽汽管道为例,采用CAESARII管道应力分析软件,介绍反应谱法的具体应用。     

摇摆-自复位桥墩抗震性能数值建模方法研究

为研究摇摆-自复位(Rocking Self-Centering,RSC)桥墩的抗震性能并为此类结构的抗震数值分析提供依据,基于OpenSees的纤维梁柱单元讨论了RSC桥墩地震反应的数值建模方法.通过对摇摆接缝处分别采用只受压不受拉的零长度弹性弹簧(模型1),零长度截面转动弹簧+只受压不受拉的混凝土本构模型(模型2),零长度截面转动弹簧+只受压不受拉弹性本构模型(模型3),建立了RSC桥墩3种不同的抗震数值分析模型.结合其他学者完成的4个悬臂式单柱墩和1个双柱墩的拟静力加载试验结果,以各RSC桥墩的滞回曲线、接缝处受压区高度、预应力筋应力和摇摆变形比例等为依据,讨论了各模型的模拟精度.结果表明:模型1和模型3对试件滞回曲线、试件初始刚度、接缝处受压区高度、预应力筋应力、摇摆变形比例等的模拟结果均与试验结果吻合较好.模型2模拟得到的试件初始刚度和预应力筋应力偏大,接缝处受压区高度小于试验结果.在此基础上,对3种数值模型进行了动力时程分析,各模型模拟得到的墩顶位移时程曲线、墩底最大剪力等基本一致.最终建议以模型1或模型3的建模方法模拟摇摆-自复位桥墩的抗震性能.