土-桩-结构非线性相互作用体系行波效应

采用并行计算方法,分别选取长周期地震波和普通地震波作为输入,以某典型桥梁工程为背景建立土桩桥梁结构非线性相互作用分析模型,对在不同类型地震波作用下的土桩结构非线性相互作用体系进行了行波效应分析,探讨了桩土接触效应和并行计算加速比等问题.分析结果表明:接触面效应对群桩水平向地震反应的影响较小,在竖直向则会产生明显的不协调现象.考虑接触面效应时,行波输入下的结构水平向加速度反应略小于一致输入,竖向加速度反应则远大于一致输入,水平向和竖向的位移反应也较大.长周期地震动行波输入下的水平向加速度和位移反应结果均大于普通地震波.对于此类大计算量三维有限元分析,采用并行计算方法可以有效提高计算效率.     

多点输入下大跨度空间网格结构的地震响应分析

引用了FFT(fast Fourier transform)技术模拟多点输入下的竖向和水平地震加速度时程，水平相干函数模型采用著名的R．S．Harichandran模型，竖向相干函数模型采用刘先明博士提出的模型．分别以多点输入法和行波法对大跨度空间网格结构的2个实际工程的水平与竖向振动进行计算，并与一致输入法的计算结果进行对比，最终在非一致输入与一致输入上结构的差异、视波速及结构跨度对这种差异的影响以及行波法的精度三方面得出了一些重要结论．     

大跨门式钢管桁架结构多点输入地震响应分析

地震动空间效应导致结构不同支座处的地震激励不一致,大跨结构应进行多点输入地震响应分析.本文对一大跨门式钢管桁架结构进行多点输入时程分析计算,考察该类型结构分别受水平和竖向地震多点输入行波效应作用下的弹性响应特征.计算结果表明,多点输入地震动激发门式结构的水平对称振型和竖向反对称振型,是导致结构多点输入地震响应与一致输入产生差别的重要原因;地震波波速对结果影响较大,为保证结果的可靠性,应取有效范围内的多个视波速进行计算;上部结构和下部结构相比,刚度小的部位结构响应受多点输入影响大;水平多点输入桁架梁中部构件、竖向多点输入桁架梁端部构件内力变化极大.     

耦合地震作用下阶梯型边坡的动力响应与稳定性分析

对某阶梯型多土层边坡,采用原始记录的EI centro水平、竖向地震波作为地震动输入条件,引入位移、速度、加速度等3量的放大系数对边坡坡面的动力响应特性进行描述,并进行动力稳定性分析.计算结果表明:在地震作用下,边坡坡面质点的位移、速度随高程的增加呈增大的趋势,而加速度随高程的增加呈不规则变化;耦合地震作用下的动力响应比水平地震更为剧烈;在耦合地震作用下,坡面质点的水平三量峰值与竖向三量峰值之比的大小顺序为:速度(3.59)位移(2.66)加速度(2.20);采用两种动力稳定性分析方法计算的安全系数大致相同,计算结果相差在5%以内,且耦合地震作用下的安全系数要略小于水平地震作用下的安全系数,说明在工程上需要考虑耦合地震的影响.     

地震动分段输入的等效线性化方法

在一维土层地震反应等效线性化分析中发现,在强地震动输入下,等效线性化方法计算结果低估了地表峰值加速度水平,实际竖向台阵的观测记录与计算结果的比较证实了这一现象.其原因在于等效线性化方法在每次迭代中等效剪应变取为一常数,即最大剪应变水平的0.65倍,其整体提高了土体的地震动剪应变水平,导致计算分析中土体动剪切刚度比的降低和动阻尼比的增加,人为使得土体过分软化,造成地震动输入中高频成分过度滤波,加速度峰值偏低.为了使等效剪应变水平接近实际剪应变,在一维土层地震反应等效线性化分析中,本文提出了地震动分段输入的分析方法,即:设定某一阈值,在地震动时程第一次和最后一次超过该阈值的两个时间点处,将其分为3段,分别输入计算,并由分段计算结果叠加得到总的地震反应.阈值的选取与场地类型有关,不同的场地类型产生非线性效应的地震动阈值不同.计算结果表明,该方法比加速度时程一次性整体输入更趋合理.     

土层地震反应分析中侧向人工边界的影响

用有限元法分析了在水平地震波激振作用下弹性、均匀土层中有限土域的取值范围对计算精度的影响 .主要探讨了在简谐荷载作用下 ,土层反应随侧向边界条件、迫振频率、阻尼和土层长深比 (l/h)的变化规律 .在此基础上 ,计算地震波作用下土层反应随l/h和阻尼的变化情况 ,为在应用有限元法进行土层地震反应计算时 ,确定有限土域范围提供依据 .并将这一结果应用于土 -结构体系的直接有限元法的分析中 ,计算河谷上的拱结构的地震反应情况 ,计算结果表明了数值计算的有效性     

土层地震反应显式计算中阻尼矩阵系数的选取

针对LS-DYNA程序关于土层地震反应显式计算中形成阻尼矩阵的方法开展讨论.首先,讨论了采用质量比例阻尼矩阵假定对各阶振型阻尼比带来的影响;然后分别应用时域和频域分析方法对三种不同类型土层的地震反应进行计算,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了采用质量比例阻尼矩阵假定对计算结果的影响;最后,对质量比例阻尼系数的确定提出了建议:当仅计算土层地震位移反应或当土层基频高于下卧基岩输入地震波的主要激励频率条件下计算土层地震加速度反应时,以目前由土层基频计算质量比例阻尼系数的方法是可行的;但当土层基频接近于,特别是远低于输入地震波的主要激励频率时,应用土层基频和输入地震波反应谱峰值频率的算术平均值替代土层基频计算质量比例阻尼系数,可有效提高土层地震加速度计算精度.     

双向水平地震作用下场地土三维非线性反应分析

针对双向水平地震作用下场地土地震三维非线性反应问题,基于多重屈服面模型建立了三维竖向土柱模型,重点考察了影响场地土地震非线性分析准确性和效率的相关因素,其中多重屈服面模型参数、土层厚度划分、边界条件以及组成阻尼的频率或模态等的合理选择是进行非线性地震反应分析的关键参数.当土层性质差异明显时,可以根据波速的不同分为多个子系统,各个子系统分别选用相对应的阻尼参数进行分析.为确定分析方法的计算精度,与已有文献的离心动力试验结果对比,验证了三维竖向土柱模型的可靠性,该模型可以有效地应用于双向非线性地震反应分析.     

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.     

不同类型地震波作用下非线性场地的行波效应分析

目前有关场地的非线性行波效应分析,大多是基于场地土的等效线性化模型.本文通过对ANSYS软件的二次开发,采用双曲线模型模拟场地土的非线性,分别选取长周期基岩地震波和普通地震波作为输入,对某深覆盖土层场地进行了行波效应分析,探讨不同类型地震波作用下深覆盖土层场地的非线性行波效应问题.本文算例结果表明:在长周期基岩地震波作用下土层地表加速度放大系数值明显大于普通地震波作用下的结果;随着视波速的减小,土层对地震波的水平加速度放大效应也是减小的,但是对于竖向加速度放大系数而言,随着视波速的减小,其放大系数是增大的;一致输入相比于行波输入有放大土层特征周期响应而抑制非特征周期区段的响应的作用.     

超大跨斜拉桥地震行波效应分析

对多点激励下的振型方程进行了推导,简化成类似于一致激励下的振型方程形式,导出多点激励下的振型参与系数和振型等效地震波,从而可由反应谱判断多点激励对结构振动的影响.以一座试设计的主跨1 400m斜拉桥为例,采用振型分析法分析了考虑行波效应的超大跨斜拉桥振动机理。通过拟静力法分析了行波效应引起的各支承点地震动位移的差异对超大跨斜拉桥结构变形的影响,同时,利用位移输入法,对超大跨斜拉桥进行了地震时程分析,研究了行波效应对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震损伤的影响.研究结果表明:行波效应减小了耗能辅助墩的耗能作用,增大了桥塔的地震损伤,对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震反应的影响是不利的.视波速为1 000~3 000m·s-1范围内的长周期地震动作用下行波效应的影响尤为显著,因此在超大跨斜拉桥地震反应分析时必须考虑.     

非一致地震激励下飘浮体系斜拉桥易损性分析

利用Open Sees软件对一座主跨为420 m的斜拉桥建立有限元模型,分别进行了仅考虑失相干效应、考虑失相干效应和行波效应、考虑失相干效应和场地效应以及综合考虑失相干效应、行波效应和场地效应等4种非一致激励情况下的易损性分析.结合联合概率地震需求模型(TPSDM)和蒙特卡罗抽样获得了基于构件的体系易损性曲线.考虑地震动空间效应的飘浮体系斜拉桥损伤概率明显高于一致激励且失相干效应和场地效应的影响较为显著.失相干效应越明显,斜拉桥体系遭受地震损伤的概率越大.场地效应的影响较为复杂,总体上表现为相邻场地类型差异越大,沿地震波传播方向场地类型由软变硬时,体系损伤概率增加.行波效应对飘浮体系斜拉桥地震损伤的影响较小,易损性分析时忽略行波效应的影响不会造成较大的误差.因此,对飘浮体系斜拉桥进行非一致激励下的地震易损性分析应考虑失相干效应和场地效应的影响,目前广泛采用的一致激励下的易损性分析高估了体系的抗震性能.     

行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响

建立了一系列的标准正方形平板网格模型,分别采用时程分析法和随机振动虚拟激励法分析了不同跨度的网格模型在不同视波速的行波激励下的地震响应,并与一致激励下的地震响应进行了对比．结果表明,行波效应对网格结构杆件应力的影响随行波视波速的减小而增大,且对不同位置杆件的应力值的影响有所不同;当行波视波速小于500m／s时,行波效应对跨度大于60 m的网格结构控制杆件内力的影响程度大于lO％;当行波视波速一定时,行波效应对杆件控制内力的影响随网格结构跨度的增大而增大,不同地震激励下的行波效应差别很大．可见,行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响显著;在空间网格结构抗震设计中,当结构跨度大于60 m、行波视波速小于500 m／s时,必须考虑行波效应对网格结构控制杆件内力的影响．     

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。     

大悬挑预应力空间结构对多点地震波输入的反应——以贵阳奥体中心体育场为例

选取合理的地震动输入模型,通过参数分析研究贵阳奥体中心体育场大悬挑预应力空间结构在多点输入的地震作用下的反应,比较非一致输入与一致输入下结构响应的差异.分析看出:(1)横向位移和竖向位移远大于纵向位移.位移主要还是由悬挑部分的竖向位移控制.(2)考虑行波效应后结构的地震反应增加.因此在大悬挑预应力空间结构分析中,行波效...     

大跨度结构地震行波效应研究

借助于虚拟激励法,深入研究了行波效应对结构地震响应的影响.对于一具有两个地面支撑的单自由度体系,推导出内力功率谱的解析表达式;以此为基础,分析了地震波视波速对体系极值响应的影响,并讨论了动态相对位移和拟静位移分量对体系极值响应的贡献.计算结果表明,对于跨度较大或地震波视波速较小的结构,内力随视波速的变化显著发生改变;动态相对位移和拟静位移分量对体系极值响应的影响与结构的自振频率和波速都有很大关系.最后,对一实际悬索桥采用不同地震波视波速进行了随机地震响应分析,计算结果进一步表明行波效应对结构地震响应的影响非常大.     

罕遇地震下大跨隔震结构随机地震响应

为研究大跨隔震结构在多维多点地震输入下的复杂性态,首先人工合成了同时考虑地震动场空间相关性和非平稳特性的多维多点随机加速度时程,然后采用绝对位移输入法计算多维多点和多维一致激励下大跨隔震网架结构地震反应,最后以结构跨度、视波速为主要变量系统地研究两种地震动输入模式下大跨隔震结构网架屋盖水平向和竖向地震反应的差异。结果表明:大跨隔震结构多点输入效应随着视波速的增大逐渐减弱,当视波速达到500 m/s之后可忽略,即得到"界限视波速";多点输入效应随着跨度的增大而增强,得到可以忽略和必须考虑多点输入效应的"界限跨度"分别为60 m和120 m;水平变形隔震效果随着结构跨度的增大呈现出整体变好的趋势,没有明显的竖向隔震效果;大跨隔震结构网架屋盖周边支座附近响应较大,易出现隔震后响应较大的情况,在工程设计时应予以需要加强。     

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。     

黄土塬斜坡带地震波激发数值模拟与波场特征

黄土塬斜坡带的地震资料品质最差,研究程度极低。采用先进的交错网格、谱元法和高阶有限差分波场模拟算法,对斜坡带地震波激发进行了数值模拟,准确地反映了地震波场特征,从理论上优选出地震波激发参数。经试验提出一套超多井组合地震波激发技术,取得了高精度的三维地震资料。