高速铁路门式墩-桥梁-轨道系统地震响应特征

为研究地震作用下门式墩结构对梁轨系统受力特性的影响,以合福线高速铁路某门式墩上3跨32 m简支梁桥为例,采用经验证的梁轨接触模拟方法,建立门式墩-桥梁-轨道系统精细化动力仿真模型。研究在多维地震作用下门式墩上简支梁桥-轨道系统动力响应特征,探讨节点连接方式、横梁刚度等关键设计参数对系统受力特性的影响规律。研究结果表明：采用门式墩结构后,结构体系刚度相对较小,系统自振频率降低;在地震作用下,采用门式墩结构的简支梁桥上钢轨纵向应力包络线呈菱形分布,其应力峰值均发生于墩、台及桥梁跨中附近;与普通墩相比,门式墩立柱底最大纵向剪力明显增大,钢轨节点的横向位移减小;水平地震激励角对门式墩系统受力、变形影响较大,在分析过程中需要加以考虑;在竖向地震作用时,钢轨及门式墩墩顶的竖向挠曲随着门式墩梁柱节点刚度的增大略减小;鉴于刚性节点可能导致结构延性降低、残余应力增大等,建议门式墩梁柱节点采用半刚性连接。     

轻轨高架桥地震响应PGA/PGV分析:PartⅠ近断层效应的影响

以城市轻轨钢筋混凝土高架桥为研究对象,分别输入脉冲型、无脉冲型近断层地震和远场地震3种不同类型的地震,建立高烈度区地震作用下的非线性全桥模型,计算了水平及竖向地震作用下桥梁的弹塑性响应,分析了地震峰值加速度与地震峰值速度比值(PGA/PGV)对桥梁地震响应的影响.研究表明,时域分析时,脉冲型近断层地震会造成较大的梁体位移;对于梁体内力,相比其他类型地震,非脉冲地震造成的桥梁惯性力可能较大.频域分析时,相比非脉冲型近断层地震及远场地震,脉冲型近断层地震在较低的频段对桥梁横向响应的影响较大;对于竖向响应,脉冲型近断层地震可以在二阶竖向自振频率影响桥梁地震响应,非脉冲型近断层地震及远场地震在一阶竖向自振频率影响桥梁地震响应.     

网架结构竖向抗震性能评估的等效简化模型

为建立分析效率高、计算精度高的网架结构竖向抗震性能评估方法,采用考虑结构质量分布的模态推覆分析荷载模式,对基于整体刚度参数的等效单自由度体系建立方法进行了改进.分析了网架结构竖向振动受重力作用影响显著、且竖向振动显著不对称的特点.假定网架结构向上振动时的等效荷载-变形关系为完全弹性,建立了简化的模态等效单自由度体系模型.给出了基于简化模型分析网架结构竖向地震反应和评估其竖向抗震性能的基本过程.数值算例表明,所提等效简化模型方法可较为精确地预测网架结构的竖向位移反应(跨中位移误差小于5%)和进入塑性的杆件分布位置,同时,简化方法计算耗时大幅低于非线性时程分析,易被设计工程师掌握使用.     

张弦梁结构刚度参数分析与优化设计

针对现有关于张弦梁结构基于刚度的参数分析和优化研究较为缺乏的不足,采用有限元方法对此问题进行研究。首先,结合某实际张弦梁结构模型并通过变化其主要参数值(如上弦抗弯刚度与下弦轴向刚度比值、上弦轴向刚度与下弦轴向刚度比值、高跨比和下弦索面积等)建立了多个结构模型,然后进行相应刚度分析,得到了这些主要参数对结构竖向整体刚度的影响规律和刚度优化设计的建议。结果表明:在参数分析范围内,当结构高跨比、上弦轴向刚度与下弦轴向刚度比值和上弦长细比一定时,张弦梁结构刚度近似与下弦索面积成正比;在工程实践中,为了在经济效果较优的情形下获得较大的刚度,建议张弦梁结构选用较大的结构高跨比、索垂跨比和较小的上弦轴向刚度与下弦轴向刚度比值。     

钢框架柱抗爆简化分析模型研究

钢框架中其他构件对柱端的约束是影响柱子抗爆响应特征的重要参数.为得到钢框架中受爆柱的合理抗爆分析模型,简化抗爆分析过程,以数值计算为基础,分析钢框架其他构件和楼层分布质量对受爆柱端约束的影响规律,并在此基础上推导得到受爆柱端约束的理论计算方法.结果表明:在爆炸荷载作用下,求解柱端约束时,可仅考虑与柱端直接相连的梁柱构件的约束作用,而这些构件的远端可简化为固定端;楼层分布质量的存在可减小柱端的位移响应,柱端所处楼层的分布质量对柱子响应影响显著;通过将与受爆柱端直接相连的梁柱构件等效为柱端的横向、竖向和转动约束弹簧及集中质量,可得到柱端约束模型及其计算方法.最后,通过与实际钢框架抗爆的整体分析模型对比,验证了钢框架柱简化分析模型的正确性.     

竖向荷载下新型住宅复合结构试验研究

通过对用于住宅的一榀新型复合结构模型在竖向荷载作用下的试验,研究了复合结构在正常使用阶段和承载力极限状态时梁柱及支撑的各截面应力、裂缝、变形和破坏形态.结果表明,一榀六层复合结构,在梁柱截面为250 mm×250 mm,支撑截面为120 mm× 120 mm,承载面积为4.2 m ×4.2 m的情况下,荷载达到一般住宅竖向荷载标准值,梁的裂缝和挠度均小于规范值;当达到设计值时,支撑和底层柱所需要的配筋仅为构造配筋,而梁最大弯矩截面的配筋率仅需0.25%,即新型复合结构满足住宅结构在竖向荷载组合下可靠性要求.复合结构在竖向荷载作用下的破坏形态为梁铰机构体系.     

风和地震下上海中心幕墙支撑结构与主结构协同分析

通过将幕墙支撑结构与主体结构整体建模,对风荷载及水平地震作用下幕墙支撑结构与主体结构相对竖向变形特性及其对支撑结构受力影响以及竖向地震作用下支撑结构竖向不均匀变形、内力及加速度反应及其对设计的影响进行了详细分析与研究,研究结果表明,在水平荷载作用下,主体结构与环梁竖向相对变形引起径向支撑的附加弯矩,通过设置滑动构造可减小弯矩保证支撑受力安全;在竖向地震作用下,幕墙系统将产生较大的不均匀变形对板块产生不利影响、吊杆产生较大附加轴力、环梁竖向加速度反应显著,设计时应对以上不利因素进行评估以保证幕墙系统在地震作用下的安全.     

铅芯橡胶基础隔震结构在多向地震作用下的分析与研究

本文分别建立了传统结构与隔震结构的三维有限元模型,通过对这两种结构进行动力特性分析和考虑单向、双向、三向地震作用下的动力时程分析,研究多向地震作用对框架结构的影响。研究分析表明：对于水平隔震,在三向坚硬场地波的作用下,结构的反应增大;对于竖向隔震,隔震结构比传统结构的地震响应都要大,且在双向与三向地震动时,结构的层间剪力和底层柱轴力有较大的影响。因此,在进行铅芯橡胶基础隔震设计时,要考虑结构多向地震作用,尤其是竖向地震作用对结构的影响。     

地震作用下车辆-公路桥梁耦合作用的能量机理

由于地震作用下车辆和公路桥梁相互耦合作用的复杂性,目前对其相互作用机理的研究较少,导致各国现行公路桥梁抗震设计规范关于桥梁在地震作用时是否需要考虑活载作用仍然存在分歧.现有研究表明,车辆既可能对桥梁的地震响应产生有利影响,也可能产生不利的影响.本文在已有的研究基础上,对车桥耦合接触行为进行简化模拟,采用能量法对车辆-公路桥梁耦合作用机理进行分析.结果表明：车桥耦合作用对输入到桥梁水平方向能量的影响可以忽略不计,但会导致输入到桥梁竖向总能量的减小,因而使桥梁的竖向地震响应减小,而输入到车辆竖向的能量则主要来自桥面振动;此外,车辆质量越小,桥梁振动产生的对车辆水平方向的能量输入越大.     

环境振动作用下修复后南京鼓楼的动力响应现场实测

为探究环境振动作用下古建筑的动力响应水平,对修复后的南京鼓楼进行现场实测,通过对实测数据进行时域和频域分析,研究交通振动作用下鼓楼的动力响应特性。结果表明：现场实测未发现鼓楼出现振动超限现象,地铁通过时主要引起的是竖向振动,但交通振动作用引起鼓楼结构的水平向振动比竖向振动更为突出;鼓楼受交通振动影响的主要频率范围为10～50 Hz,但振动能量在古建筑中的衰减规律因材料而异,对于古砖砌体结构,超过40 Hz的交通振动对其影响较小,对于古木结构,超过160 Hz的交通振动对其影响较小;在鼓楼碑楼一层顶区域内,在50～512 Hz的高频段内存在一个竖向振动放大区,并在20～160 Hz的高频段内存在一个水平振动放大区。     

不同设计参数下体育馆大跨度预应力次梁楼盖竖向振动分析

针对大跨度楼盖的竖向振动问题,以某小学体育馆大跨度预应力次梁楼盖为研究背景,改变次梁高度、板厚和平梁底板厚度等结构布置,考虑可能出现的3种荷载工况,采用ANSYS模拟计算各方案楼盖的自振频率及各工况下楼盖的竖向振动加速度,对比分析表明:在工程中,增加楼板厚度对楼盖振动特性以及振动加速度改善效果较小甚至起不利作用;次梁高度增大20%(1 000～1 200mm)、25%(1 200～1 500mm),楼盖基频增大10.4%、12.5%,非类共振时各工况均方根加速度下降率为20.34%～36.14%;增设50 mm厚平梁底板后,楼盖基频较无底板时增大17.6%,非类共振时各工况均方根加速度降幅最大为60.67%;改变平梁底板厚度对楼盖自振频率及振动加速度影响甚微;综合各工况以增设平梁底板改善楼盖振动舒适度效果最佳。     

钢筋混凝土巨型框架结构弹性地震反应分析

按照杆系模型的基本理论，采用时程分析的方法分析了钢筋混凝土巨型框架结构的弹性地震反应，根据分析结果，得到：钢筋混凝土巨型框架地震作用下的侧移曲线为弯剪型；主框架梁和柱的刚度对巨型框架弹性地震反应有较大的影响，其规律为“双曲线”型，即保持其他参数不变，随着主框架梁柱刚度的增大，结构侧移减小，其减小的速率会逐渐减缓，次框架梁和柱的刚度对巨型框架的弹性地震反应的影响较小。     

大跨度混凝土悬挑空腹桁架结构地震响应研究

以某市规划展览馆工程为背景,对混凝土大跨度悬挑空腹桁架结构的地震响应进行详细分析研究。用有限元软件ANSYS和MIDAS,建立了包含框架柱、桁架、楼盖梁板的整体结构的空间力学模型,并对该模型作详细的反应谱分析和弹性时程分析。研究表明:结构X向、Y向布置未出现薄弱部位,双向地震作用耦合性不明显,结构的水平抗震性能良好;悬挑桁架竖向抗震能力较弱,且双向水平地震作用对悬挑端竖向位移的耦合性明显;悬挑桁架根部杆件的内力响应最大,为桁架抗震能力薄弱部位,地震影响不明显;悬挑桁架中部、端部杆件的地震影响显著,内力响应较小;进行抗震分析时,做双向水平地震、三维地震作用分析有其必要性。     

典型局部钢框架结构变形机理分析

为了研究钢框架弹性变形与柱、梁变形之间的一般规律,以常见的钢框架结构中的柱、梁连接处十字形局部框架作为分析模型,以柱梁刚度比、楼层高跨比、梁柱截面高度比以及H型截面构件任一侧翼缘与腹板的截面积比等为主要研究参数,通过受力与变形分析,探讨了典型局部钢框架的力学机理。结果表明:局部框架变形中,柱变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而减小;随着框架楼层高跨比的增大而增大;而梁变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而增大;随着框架楼层高跨比的增大而减小;柱为H型截面时柱变形与总变形比值有增大的趋势。     

近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱抗剪性能的影响

以单个RC柱为分析对象,采用台湾集集地震中3组断层距18条速度脉冲型地震动记录,通过非线性动力时程分析,研究断层距、竖向与水平加速度谱值比、柱初始轴压比、竖向和水平振动周期以及剪跨比对RC柱抗剪性能的影响规律。结果表明:近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱的抗剪性能有很大影响;抗剪性能系数随反应谱比值增大而减小,中等初始轴压比与断层距、以及剪跨比与近断层距(0～10km)对柱抗剪性能有交互作用。最后,对结果进行非线性回归分析,建立了考虑近断层竖向速度脉冲地震效应及其影响因素交互作用的抗剪性能系数表达式。     

基于MRE的变频TMD竖向振动控制

目的研发一种基于新型智能材料磁流变弹性体(MRE)的变频调谐质量阻尼器(TMD),为弥补传统TMD的频率不可调提供理论依据.方法研究MRE剪切模量与施加电流之间的关系,采用希尔伯特-黄变换(HHT)和随机减量技术(RDT)相结合的方式对主结构频率进行精确识别,完成了变频TMD对固支梁竖向振动控制的仿真计算,分析了不同质量比对变频TMD和传统TMD减振控制的影响.结果在自行研发的变频TMD中,MRE的剪切模量会随着外加电流的增强而增大,在1.8 A左右接近饱和值.利用HHT和RDT相结合的方法对频率识别方法是精确有效的.固支梁竖向振动的仿真结果表明,变频TMD能够在固支梁频率发生变化时仍保持良好的减振效果,固支梁频率与传统TMD自振频率相差越大,在达到同样减振效果时所需要的变频TMD质量比就越小.结论基于MRE的变频TMD能够实时与主结构频率保持一致,在主结构频率发生改变时仍具备良好的减振效果,并且变频TMD在减小TMD质量比方面也具有较大的优势.     

真实火灾下钢筋混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能分析

框架结构整体的耐火性能研究是保证结构在火灾下安全性的重要问题,通过ABAQUS建立钢筋混凝土柱-钢梁框架结构的温度场模型和热力耦合力学模型,分析在真实火灾升温作用下,不同受火工况对于组合框架的耐火性能的影响,并与标准温度曲线做对比,得出框架的温度场、应力、应变云图,并对框架结构的柱顶竖向位移、梁柱节点水平位移、梁跨中挠度、应力应变发展规律进行分析.     

浅海人工岛在地震作用下的填土有效质量

通过模型振动试验，探讨了在水平地震荷载作用下岛内填土及工人岛高径比对人工岛有效质量的影响，为实际工程设计提供了圆柱型人工岛结构受地震荷载时的有效质量系数。介绍了动土压力的计算方法及圆柱形人工岛动土压力计算观点，并用能量法计算出人工岛模型的自振频率。     

梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌影响分析

为研究梁上部钢筋跨中布置方式对钢筋混凝土框架结构连续倒塌机制的影响,设计了2个一层四跨梁柱子结构模型,梁上部钢筋分别按跨中截断与通长进行布置,并对结构连续倒塌过程进行有限元分析。通过比较竖向荷载、梁内部轴力、梁关键截面钢筋应力随结构竖向变形所产生的变化,得到梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌机制的影响规律。结果表明,布置方式对梁机制作用前期抗倒塌能力影响较小,对后期压拱效应及悬链线机制影响较大,通长布置结构提前进入悬链线作用阶段;按经典塑性理论计算的塑性峰值荷载较实际的偏小;通长布置结构的最终承载力比截断布置的提高了18.2%,通长布置可增强结构抗连续倒塌性能。     

空间框架简化为平面模型的抗震分析

在OpenSees(open systemfor earthquake engineering simu lation)平台上,采用基于柔度法的纤维模型非线性梁柱单元有限元分析模型,以八度区二级规则抗震空间框架以及沿x向取出的平面框架为研究对象,将单向地震作用下的空间框架作为对比的桥梁,从整体和局部两个层次研究双向地震作用下空间框架、单向地震作用下平面框架的地震反应的相关性.结果表明,3种模型的x向整体位移反应较为近似,按照传统方法提取平面模型代替空间框架的单向地震反应是可行的.框架局部反应差别较大,单向地震下平面框架是以梁铰为主的梁柱铰机构;双向地震下空间框架则以柱铰为主,柱端转角延性需求明显大于梁端,有形成层侧移机构的趋势,平面模型明显低估了空间框架柱的局部地震反应.