空间刚架结构对地震响应的有限元分析

本文详细地讨论了空间刚架结构对地震载荷随机动力响应的有限元分析以及空间刚架和平面刚架对地震响应的区别和联系。结果表明:当空间刚架结构受某一方面地震荷载的单独作用时,位移的响应值与载荷保持线性关系。相对而言,结构的竖向位移响应是很微弱的,结构对竖向地震载荷的响应也很小。当互相耦合的两个水平地震共同作用时,位移的响应值与载荷将不再保持线性关系。再者,不同的基础约束所得到的响应值是有很大的差别的。此外,空间刚架结构的侧向约束刚度趋于无穷时,将得到与平面刚架结构相一致的结果。     

一种由平面矩形单元转化而来的十字形平面刚架单元

文章提出了一种用平面刚架结构来替代平面问题连续体的有限元方法,将平面连续体离散为5结点15自由度矩形单元,再将矩形单元转化为十字形平面刚架单元;先求出外载荷作用下平面刚架结点位移、结点力,再由虚拟力求梁横截面变形引起的十字形单元结点力,将各次所求结点力叠加,得矩形单元结点力;并编制计算程序,进行数值计算和比较,表明该方法可行。     

单拱四车道公路隧道地震响应

针对隧道结构往往受不同方向的地震激励,但地震激励方向很难事先确定,其最大危害方向也难以确定等问题,以天津波为激励地震波,在水平向、竖向和斜向45°激励下,计算大断面隧道的底面、顶面、墙脚和边墙的位移、速度、加速度和应力的分布情况。研究结果表明：在斜向45°激励条件下,单拱四车道公路隧道在地震波作用下,水平方向最大位移、速度、加速度响应值分别为0．25mm,1．84mm／s和15．4mm／s^2,竖向最大位移、速度、加速度响应值分别为3．39mm,13．75mm／s和99mm／s^2,比同烈度下其他方向的地震响应值大得多。该结果可为大断面隧道抗震设计提供参考。     

双向循环荷载下的单桩基础累积侧向位移

针对软黏土地基中单桩基础在竖向和水平循环荷载下的累积侧向变形问题,建立基于双向循环受荷的软黏土刚度衰减模型.利用有限元软件Abaqus进行二次开发实现刚度衰减,通过数值模拟分析竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的累积侧向位移.结果表明,水平和竖向循环荷载耦合作用下,桩顶侧向位移相比于只受水平循环荷载时更大;存在最小水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于该值时,桩基不会产生侧向位移累积;竖向循环荷载对桩基累积侧向变形的影响存在一临界值,小于该值时,对桩顶侧向位移的影响很小.     

门式刚架平面内失稳类型的判别

平面内失稳的类型主要有对称失稳和侧移失稳两种.为了判断门式刚架结构的失稳类型,利用ANSYS有限元程序,对计算模型进行几何非线性分析,从拱效应比值Ω和水平荷载与竖向荷载比值Ω0入手,作出刚架的荷载位移关系曲线.分析曲线后得出:对于柱脚铰接门式刚架,当Ω0/Ω≤0.1,刚架随着荷载的增加发生对称失稳;对于柱脚刚接门式刚架,当Ω0/Ω≤0.6,则刚架随着荷载的增加发生对称失稳.     

双向地震耦合作用对基础摩擦隔震结构的影响

采用多质点层间剪切型模型,建立了基础摩擦隔震多层砌体结构在水平与竖向耦合地震作用下的运动微分方程及滑动与啮合状态判别准则·通过数值计算,分析了竖向地震作用对隔震结构的影响,研究表明,竖向地震作用的存在,使隔震结构下部各层,特别是首层的层间位移,层间剪力增加,隔震层加速度增加,且随地震烈度,竖向加速度峰值增大而增加,并使隔震层的滑动位移幅值有增大的可能·建议在高烈度震区考虑竖向地震作用对结构反应的影响·     

钢筋混凝土框筒结构振动台试验研究

本文通过几何比例为1：20的15层钢筋混凝土框筒结构的一系列振动台试验，分析了框筒结构的自振频率和振型的变化规律，研究了在单向(水平或竖向)和双向(水平与竖向)地震作用下的框筒结构的动力反应及其破坏饥理，着重探讨了竖向地震对框筒结构地震反应的影响．实验结果表明，在弹性范围内，框筒结构在水平和竖向地震波作用下，当水平地震波保持不变时，结构的竖向加速度反应随竖向地震波量级的增大而增大，而水平位移和水平加速度反应保持不变．竖向地震是引起结构破坏的主要因素之一，因此在设计时应考虑竖向地震的作用．     

沉管复合地基水平特性颗粒流数值模拟

对复合地基进行颗粒流模拟,建立了沉管水平受荷时的离散元模型,并研究了复合地基系统的水平特性,分析了沉管受水平载荷作用过程中土体位移场变化规律,及应力等宏观因素和土颗粒力链、配位数、孔隙率、转角等细观参数的变化.结果表明:竖向载荷作用下沉管在水平方向移动时,垫层颗粒受到扰动,当沉管竖向载荷增加时,沉管底部土体所受扰动范围变小;因此,增加竖向载荷使桩间土的挤密作用更显著,对降低土体扰动有较明显效果;桩顶土颗粒中强力链在沉管水平位移影响下的发展趋势说明土体颗粒体系内强弱力链间可相互转换.     

错位转换层位置对结构受力性能影响的研究(英文)

作为一种新型转换层结构--错位转换层结构,其竖向位置的变化对高层结构在水平地震作用下的动力特性和抗震性能影响的研究尚鲜有文献报道.文章采用有限元(FEM)程序对高层错位转换结构进行了水平地震作用下抗震性能分析.分析研究发现,错位转换层整体位置的竖向变化对结构周期、主要振型和相对位移影响小.当错位转换层位于较高楼层位置时,转换层附近的层间位移角的突变程度会加大.对错位转换高层结构,水平地震作用下两错位转换层附近楼层竖向构件内力会呈现突变,因此,设计具体结构时应引起注意.     

门式刚架轻钢结构瞬态动力学的和谐响应

门式刚架受冲击或振动引起的大的动态应力易导致结构破坏。基于有限元理论,利用大型有限元分析程序对门式刚架轻钢结构进行瞬态动力学和谐响应分析,得到了梁柱端板中点位移随时间和频率变化的曲线。结果表明,在0.3 s时,x、y方向变形总量最大;当外载荷的激振频率与结构固有频率(3.021 5 Hz)接近时会引起结构共振。该研究为门式刚架轻钢结构的工程应用提供了参考。     

用撞击原理分析高耸结构的竖向地震作用

在强烈地震作用下 ,高耸结构的破坏除了因为水平地震的作用外 ,竖向地震作用的影响也很大。本文根据撞击原理对高耸结构的竖向地震作用进行了分析计算 ,表明竖向地震作用的大小主要取决于地震烈度和场地土的类别 ,烈度和场地土类别较高时 ,结构的上部有拉力产生。烈度和场地土类别越高 ,上部结构的受拉范围和最大拉力越大 ;地基基础和下部的质量越大 ,受拉范围下移。     

降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性的影响

开展降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性影响的数值分析研究,考虑长时小雨及短时强降雨,从土体位移、坡体孔压及边坡稳定性演变角度,重点讨论降雨入渗条件下刚架桩边坡的合理桩间距,以期为雨水充沛的福建山区刚架桩边坡设计提供参考。结果表明：三维刚架桩边坡土体位移受降雨条件影响显著,随着降雨强度和持续时间的增加,土体水平位移和竖向位移依次增加;降雨条件下三维刚架桩边坡坡体内孔隙水压力分布具有明显的时空效应,短时强降雨条件下,坡顶孔压增幅最大,降雨强度的持续增加导致刚架桩边坡安全系数降幅也增大;桩间距对刚架桩边坡的渗流稳定性有显著影响,无降雨时边坡的安全系数随桩间距增大而减小;基于研究区降雨特点及暴雨频次呈现逐年递增现象,应将桩间距设为3倍桩宽,以充分发挥短时大雨情况下刚架桩的抗滑效果。     

大跨隔震结构多维地震响应有限元模拟

为了探究大跨隔震结构多维地震作用下的水平隔震效果及竖向结构响应,选取54 m跨度的长方形周边支承网架为研究对象。利用有限元软件SAP2000对结构原型进行时程分析,通过对比数值计算结果与振动台试验结果全面评价结构抗震性能。结果表明:采用隔震技术后,水平地震反应远小于非隔震结构;三向地震作用时,隔震结构网架节点最大竖向加速度分布不同于非隔震结构。因此,隔震结构可通过降低水平地震引起的竖向振动,达到减小网架竖向地震响应效果。     

基坑开挖对围护墙竖向变形的影响机理

采用数值分析方法,研究开挖卸荷引起的基坑围护墙竖向变形机理.在有限差分软件中建立考虑土与结构共同作用的分析模型,采用理想弹塑性接触模型模拟墙土接触力学特性,对比分析了3种土体参数下墙体和墙底土体竖向位移、墙土相对位移和墙体两侧摩阻力分布特性.结果表明:墙体的竖向位移主要由墙底土体竖向隆起和墙土相对滑动共同决定;坑底土体位移主要受到土体卸荷回弹的影响,与土层参数关系较大;当黏聚力增大时,墙体的下沉量减小;砂土的摩擦角越大,墙体的竖向隆起量也越大;墙土相对滑动则受墙体两侧的摩阻力共同作用,而摩阻力受参数取值的影响;当接触属性变强时,坑内摩阻力上升的趋势将增强,墙体发生的竖向隆起量也显著增加.     

火灾下钢框架抗连续倒塌动力响应分析

为研究钢框架结构在火灾作用下的抗连续倒塌动力响应。通过ABAQUS有限元软件分别对二层四跨平面钢框架瞬间去柱动力试验以及平面钢框架火灾试验进行数值模拟。将数值模拟获取的竖向位移-时程曲线和破坏模态与试验结果对比,验证了有限元模型的准确性,获取的位移-温度曲线也验证了顺序热力耦合方法的适用性。在验证有限元模型有效性的基础上,进一步研究瞬间去柱的钢框架结构在不同受火温度下的抗连续倒塌动力响应。研究表明：不同节点的连接形式对钢框架进行瞬间去柱时,钢框架的破坏模态与结构的稳定性影响显著,当火灾高温下钢框架采用加强型节点时,框架柱更容易发生过度屈曲,从而更容易引发连续倒塌;温度越高,钢框架去柱后中柱节点的峰值位移值和稳定后的竖向位移值均有明显提升,结构动力响应越明显,结构抗连续性倒塌能力也越小。     

两种约束条件下平面门式刚架的屈曲分析

应用ANSYS有限元程序,对均布荷载作用下平面门武刚架进行了屈曲研究,在数值模拟中,考虑了不同的约束条件、不同高跨比和坡度等因素对屈曲载荷的影响。结果表明：柱脚两端铰接时,高跨比为0.25是刚架发生对称屈曲和非对称屈曲的分界线;柱脚-端铰接-端固接时,其高跨比的分界线为0.33,此时刚架的临界屈曲载荷比两端铰接时大。     

多维地震作用下高柔结构的地震响应

研究了水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下高柔结构的地震响应.推导了水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下的动力方程,方程中考虑了摇摆地震动导致的基础转角位移产生的附加重力二阶效应,并探讨了竖向地震作用对重力二阶效应的影响.以某210 m高的电视塔结构为原型,进行了水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下的缩尺模型振动台试验.理论与试验结果对比表明:振动台试验结果与推导的动力方程理论分析结果基本吻合,验证了理论分析的合理性和准确性;竖向地震动不仅会引起常规的重力二阶效应的变化,对摇摆倾斜位移引起的附加重力二阶效应也有较大的影响;在水平、摇摆和竖向地震动耦合作用下,结构的动力响应与单一的水平地震作用相比,不仅几何刚度随时间变化,而且会导致较大的不对称的位移响应,使得原本满足水平地震作用下抗震需求的结构可能发生破坏甚至倒塌.     

独立式窑洞在地震作用下损伤指标的分析

定量地评估结构在地震作用下的损伤是地震工程领域的研究重点,增量动力分析方法已被广泛用于建筑结构地震易损性评估,而结构损伤指标是定量评估结构损伤情况的重要参数。山西北部农村地区的独立式土坯窑洞是一种拱受力结构体系,为研究拱结构在地震作用下的破坏特征并确立结构损伤指标,结合实际震害与数值模拟试验,分析了窑洞结构在地震作用下的破坏特征,对比了窑洞结构的顶点水平位移和拱顶竖向位移在不同地震动峰值加速度下与结构损伤情况的对应关系,发现窑洞拱顶竖向位移与窑洞拱矢高比作为窑洞损伤指标较为合理。     

极限上下限定律的对偶性和规划问题

提出用惩罚线性规划方法,求解受有集中载荷的梁、桁架和平面刚架的极限载荷.并采用逐步逼近与惩罚线性规划求解空间刚架及受有分布载荷的平面刚架的极限载荷.本文还提出了用二次齐次规划求解加筋圆柱薄壳加筋扁壳和加筋球壳受任意法向载荷时的极限问题.     

独立式窑洞地震作用下损伤指标研究

定量地评估结构在地震作用下的损伤是地震工程领域的研究重点,增量动力分析方法已被广泛用于建筑结构地震易损性评估,而结构损伤指标是定量评估结构损伤情况的重要参数,山西北部农村地区的独立式土坯窑洞是一种拱受力结构体系,为研究拱结构在地震作用下的破坏特征并确立结构损伤指标,结合实际震害与数值模拟试验,分析了窑洞结构在地震作用下的破坏特征,对比了窑洞结构的顶点水平位移和拱顶竖向位移在不同地震动峰值加速度下与结构损伤情况对应关系,发现窑洞拱顶竖向位移与窑洞拱矢高作为窑洞损伤指标较为合理。