地基辐射阻尼对结构地震响应的影响

ABAQUS作为一种功能强大的工程分析模拟软件,在动力响应分析中具有很大优势.为此,将黏弹性边界单元与大型商业软件ABAQUS相耦合,利用ABAQUS实现对黏弹性边界的模拟,通过算例比较了结构在黏弹性边界、黏性边界和固定边界条件下的动力响应,并在考虑黏弹性边界影响的情况下,对一实际水闸地基系统进行了地震响应分析.分析结果表明:黏弹性边界精度明显高于其他2种边界,可用于结构土动力相互作用分析;辐射阻尼能够显著减小结构地震响应30%～40%.     

层状岩体地下洞室地震响应分析

针对地下工程中层状岩体表现出的横观各向同性特征,为了更好模拟地震作用下层状岩体受力和变形情况,围绕屈服强度的率相关性,提出了考虑应变率对黏聚力影响的动力强度准则.该强度准则综合考虑基岩与结构面的强度特征,结合与强度准则相对应的塑性势函数,推导了塑性应变增量的求解过程,建立了层状岩体动力本构模型.采用提出的模型模拟大型地下洞室群的动力响应特征,并与不考虑应变率对强度影响的模型计算结果相比较.结果表明:当考虑应变率影响时,计算得到的破坏区较小,围岩变形量更小,受力情况也更好.     

列车车体铝合金动态力学性能及其对吸能的影响

为了研究车用5083H111铝合金材料的动态力学性能及其对结构吸能的影响,分别对该材料进行动态冲击拉伸和动态冲击压缩试验,获得不同应变率下的材料本构关系。以车辆防爬吸能结构为载体,采用3种材料模型,对比分析该铝合金材料的动态力学性能对车体吸能结构吸能容量的影响。研究结果表明:5083H111铝合金材料在低应变率情况下存在应变率软化效应,在中低应变率范围内存在应变率软化再强化特性;在高应变率情况下,这种材料表现出明显的应变率强化效应;列车碰撞的应变率数量级范围为0~2,属于中低应变率范围;对于5083H111铝合金制成的车体吸能结构,考虑应变率效应的结构的实际吸能量要比不考虑应变率效应的相同结构的吸能量小。     

桥面铺装对中小跨径PC梁桥校验系数影响分析

为了研究中小跨径预应力混凝土梁桥桥面铺装层对桥梁结构荷载试验校验系数的影响,以114座预应力混凝土连续箱梁及空心板桥作样本,分别计算在不考虑桥面铺装、考虑一半铺装和考虑全部铺装下桥梁结构的横向分布系数的变化,基于不同的保证率给出了3种情况下桥梁结构应变和挠度校验系数的统计规律及统计参数,最后分析了铺装层对桥梁结构校验系数的影响程度,并提出了中小跨径预应力混凝土梁桥考虑铺装不同作用程度的常见校验系数范围.分析结果表明:混凝土铺装厚度对预应力混凝土梁桥横向分布影响很小,而对其结构校验系数的影响程度较大.对于预应力混凝土空心板桥,与不考虑混凝土铺装相比,考虑全部混凝土铺装时的应变校验系数提高约24%,挠度校验系数提高约45%;对于预应力混凝土箱梁桥,与不考虑混凝土铺装相比,考虑全部混凝土铺装时的应变校验系数提高约11%,挠度校验系数提高约21%.其结论可为同类梁桥荷载试验承载能力评定作参考.     

半透水边界下土体大变形非线性固结模型

基于一维大变形固结(CS2)模型,引入半透水边界条件,建立了半透水边界下土体大变形非线性固结(IBC)模型.将其计算结果与现有的可以考虑半透水边界条件的小应变线性解析解和小应变非线性数值解进行了对比,验证了本模型的正确性.在此基础上对影响半透水边界土体固结的主要影响因素(应变大小、半透水参数和土体自重)进行了参数分析.结果表明:应力越大,半透水条件下土体固结越快;半透水参数为0.01是完全不透水边界与半透水边界的临界值,而半透水参数为100是半透水边界与完全透水边界的临界值;土体自重对于半透水边界条件下土体固结速率具有重要影响.     

固体装药人工脱粘层前缘界面脱粘分析

基于某固体火箭发动机装药结构的人工脱粘结构,分别对壳体、绝热层、衬层和药柱进行结构化网格划分。在固化降温过程中,对装药结构尤其是头部人工脱粘层前缘部位分别进行线性结构分析和考虑到边界非线性的接触分析。通过对两种结果的比较,分析边界非线性的引入对前缘应力应变的影响;然后通过头部人工脱粘部位界面之间的接触正应力,对人工脱粘前缘部位进行脱粘分析。相比线性分析,边界非线性的考虑使得人工脱粘层前缘部位应力应变的数值模拟更加接近真实水平,可以更准确地进行前缘部位的脱粘分析。     

烟道对钢筋混凝土烟囱影响的分析

为了研究高耸烟囱筒壁开设烟道后对烟囱特性的影响,利用大型通用有限元计算软件ANSYS分别对120m、180m和240m 3种高度的烟囱进行数值模拟分析,分析内容包括考虑和不考虑烟道2种情况下的重力、风荷载及地震作用下的应力、应变。通过计算分析得到了考虑烟道时对烟囱的影响：烟道周围应力变化复杂,考虑烟道后结构的最大应力、应变的位置发生变化。     

基于小应变土体硬化模型的水工隧洞围岩稳定性研究

在地下结构开挖过程中,除少数区域发生塑性变形或破坏以外,大部分区域为小应变.数值分析广泛使用Mohr-Coulomb模型分析地下结构,但由于该本构模型缺乏对土体变形特性尤其是小应变阶段变形特性的考虑,往往难以准确预测变形情况.本文介绍小应变土体硬化（HSS）模型的原理和参数确定方法,认为HSS模型能够考虑到在小应变阶段土体的高模量和非线性问题,利用小应变土体硬化模型分析计算出的变形结果与现场实测数据更为接近,对水工隧洞围岩变形分析有着重要意义.使用有限元商业软件PLAXIS 3D,以二甲沟水库引水隧洞工程为计算模型,采取小应变土体硬化模型研究该隧洞的围岩应力和变形情况,为类似隧洞工程变形的系统分析和准确预测提供参考.     

自由变形结构弹塑性分析的新方法

考虑目前塑性力学实验与理论上存在的众多分歧,从材料弹塑性变形的本质入手,研究受力构件应力分布与变形间的关系.对于一个受力结构,其内应力引起应变,受力较小时应力仅引起弹性应变,εij=Gijklσkl.受力较大后,应力的作用不仅产生弹性应变,也产生塑性应变,εij=εije+εijp.在小变形、弹性变形与塑性变形不耦合情况下,结构中的应力与弹性应变仍呈线性关系而与不受塑性变形的影响.按照以上思想对梁、轴受力结构进行了弹塑性分析,得出在弹塑性下梁、轴内应力呈线性分布,卸载后结构内有残余的塑性变形,而无残余应力.新认识比原有认识更符合结构弹塑性变形实际情况,并具有普遍意义.     

钢纤维混凝土板抗爆数值模拟

钢纤维混凝土由于其优良的强度和延性而在防护结构中被广泛应用.对四边简支的钢纤维混凝土板在爆炸荷载作用下的响应进行了数值模拟,比较分析了折合距离、板厚度对其动态响应的影响.钢纤维混凝土的本构模型采用J-H-C模型,考虑了损伤和应变率效应.从计算结果可以看出,在炸药量相同的情况下,折合距离、板厚均对板中心的位移有较大的影响.研究成果可以对防护结构的设计提供理论参考.     

大型空泡水洞试验设施结构有限元分析

大型空泡水洞试验设施是目前中国规模最大的水洞系统,为评估其整体结构强度和抗震设计安全性,对空泡水洞结构进行三维有限元数值分析,考虑正常工作工况和地震载荷作用极限工况下的结构刚强度,基于振型分解反应谱法计算了地震惯性加速度载荷,并对结构地震位移响应进行校核。结果表明：空泡水洞的结构变形在正常工作工况主要表现为水洞内壁的膨胀变形,在极限工况下主要表现为由地震载荷引起的水洞顶部水平位移;空泡水洞高应力区域主要位于结构角隅处的筒壁和加强筋。这对中国自主研发大型空泡水洞具有重要的借鉴意义。     

地震作用下沉管隧道节段接头剪力键的力学性能

基于有限元法结合黏弹性人工边界,将地震波输入转化为等效节点力,建立了基于波动理论的三维平面SV波入射方法.半空间算例证明了SV波入射方法及其数值实现的准确性,并在该地震波输入方法的基础上,考虑上覆海水对沉管隧道的静、动水压力,研究了港珠澳大桥沉管隧道节段接头剪力键的力学性能.研究结果表明:水平地震作用下也会产生竖向加速度,但竖向加速度值较小;地震作用下剪力键受力最大的是压应力,拉应力相对较小;剪力键拉应力主要集中在剪力键与沉管主体连接的部位,该处易产生拉伸裂缝,水平剪力键的破坏形式主要是拉伸破坏;接头剪力键的布设方向决定了剪力键根部的剪力分布,绝大部分剪力被布设方向和节段位移方向相一致的剪力键所承担.     

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.     

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.     

高层建筑结构地震响应问题的ANSYS分析

为深入探讨高层建筑的动力响应问题,以15层高楼为例,运用大型有限元分析软件ANSYS,分析了高层建筑结构的动力特性,建立三维空间板梁结构有限元模型,计算了结构的固有频率和固有振型.用时程分析的方法研究了常遇烈度、设防烈度和罕遇烈度地震载荷作用下顶层的最大位移响应,三种烈度的最大位移分别为6.080 6、21.010 3和29.041 5 mm.结果表明:地震烈度越大,结构的动力响应越大.三种烈度下的结构最大层向变位角均出现在第三层,说明第三层为整个结构的薄弱层,为工程抗震设计提供了参考依据.     

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。     

并行数值仿真技术在盾构隧道地震响应分析中的应用

采用全三维非线性建模方法建立了盾构隧道总体有限元模型，模型规模上节点总数超过400万，单元总数超过380万．由于系统的非线性，且地震激励是一种时间历程，盾构隧道地震响应数值模拟的实质是一个超大规模非线性系统的瞬态响应计算问题，使得目前在地震安全性评价领域普遍采用的串行算法、串行软件和普通的计算机无法胜任此工作．本文根据所用超级计算机的体系结构特点，采用改进的区域分解算法，通过对盾构隧道总体模型合理分区来进行地震响应分析．地震波载荷选用调幅后的上海隧道场地人工地震波，应用通用非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解，计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据．     

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。     

大跨度 桥梁在多点激励下的地震反应分析

基于大质量法的计算原理,在通用有限元程序Strand7平台上实现了大跨度桥梁在多点激励下的地震反应分析。在此基础上分别考察了一座主跨428m的三跨连续中承式钢拱桥在一致激励、行波激励和多点激励下的地震反应规律。结果表明,行波效应和多点激励对大跨度拱桥地震反应有较大影响,应予以考虑。     

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。