考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明:流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。     

考虑水-土-桥梁动力相互作用的大跨桥梁地震反应分析

为了研究地震动作用下动水压力对深水桥梁的影响,基于局部动力人工边界、流体边界及流固耦合理论方法建立了水-土-单桩整体模型,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,同简化的Morison方程法模拟方式及无水模型进行对比分析,研究考虑桩土作用前提下工程简化方法和考虑流固耦合的整体方法的差异,以及桩土作用下动水压力对单桩结构动力反应的影响。在此基础上,以某跨海大跨连续刚构桥为背景,首次建立了水-土-桥梁系统的整体动力有限元模型,研究水-土-桥梁系统的地震动力反应,分析了桥梁各构件的内力幅值和分布规律,并与未考虑动水作用下的桥梁结构进行对比,分析了动水压力对深水桥梁的地震反应的影响规律。结果表明,动水作用受地震波频率影响较大,但规律相近,相同外部环境下,由于上部结构和桩土相互作用的不同,动水压力对单桩的影响大于大跨桥梁桩基础的影响。对于大跨桥梁,动水作用对处于水中桩基础的影响较大,水中部分的桩基础内力增幅最大,对水位以上的桥墩影响稍小,考虑动水作用后主梁轴力增加,弯矩减小。     

近场地震动对大跨刚构桥影响的分析

利用4个台站记录到的近场和远场地震动,研究了钢筋混凝土大跨刚构桥在近场脉冲型地震动横向激励下的反应,并与在远场地震动激励下的反应进行了比较;分析了大跨度桥梁在2种类型地震动作用下的反应特性。结果表明:在相同加速度峰值的地震动作用下,横向激励时,近场脉冲型地震动引起的桥梁反应,均比非脉冲型地震动引起的桥梁反应显著。近场脉冲型地震动激励下,桥梁反应均有较大的增加,对不同的结构部位,其影响规律相似。长周期速度脉冲效应会对大跨桥梁结构产生大的位移冲击,应当重视近场地震动中长周期速度脉冲效应对长周期及柔性结构的影响。     

黄土丘陵沟壑区挖填场地动力响应特征研究∗

以黄土丘陵沟壑地区大规模平山填沟造地工程为背景,结合相关工程实例,定量分析新型挖填场地在地震作用下场地动力响应特征及其关键影响因素。以场地地球物理勘测和压实黄土室内动三轴试验为基础,构建考虑场地横向不均匀性的场地地震反应分析模型,给出场地填方厚度、挖填交界面和土层参数对场地挖方区、填土区和界面区地震动特征参数的影响规律。研究发现：场地覆盖土层厚度在一定范围内对地震动峰值加速度影响明显,而大厚度覆盖层对地震波能量传递有抑制作用;填方土层压实参数影响填方区地震动放大范围;挖填界面的平均坡度和界面阻抗对平面内地震波场折射和反射影响较大。研究结果可为黄土地区大规模挖填场地地震稳定性分析提供参考依据。     

面板堆石坝地震动最不利输入方向研究

面板堆石坝的抗震研究一般都假定地震动振动方向沿坐标轴主轴方向,不考虑地震动振动方向的不确定性;现行的水工规范对地震动的入射方向也未给出明确规定,工程实践中也无统一标准。以某面板堆石坝为例,采用基于等价黏弹性模型的等效线性分析方法,进行了不同地震动输入方向作用下的地震反应分析,研究比较了24个不同地震动输入方向下面板堆石坝的加速度、动位移和主应力反应。结果说明,在确定的场地波作用下,地震动最不利输入方向并不一定是沿坐标主轴方向;场地波作用下,沿240°方向输入地震动作用时大坝的动力反应最大。在工程设计中不考虑地震动输入方向的计算结果会偏于危险,结论可为类似工程抗震设计提供技术依据与参考。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Mori-son方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark-β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明:按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12.5%。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数分析

在地震动过程中,土介质中的剪切波速往往出现显著的降低现象,体现出强烈的非线性性质。本文将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法与工程波动理论散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为虚拟激励下的确定性波动分析问题,非线性土体峰值剪应变的统计特征可通过剪应变均方差和峰值因子获得。结合具体算例及M on te—C arlo模拟方法对所提出方法的合理性进行了验证,在此基础上应用该方法对一致激励下实际工程场地的地震动相干性进行分析,结果表明场地的局部条件对地震动相干性有重要影响。     

大型河谷场地地震动特性研究

采用有限差分方法,通过算例研究了大型河谷场地地震动特性分析中的人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法,认为在进行有限差分动力计算时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加粘性边界的模拟效果;同时,对FLAC计算软件进行二次开发,对2个地形差异较大的河谷场地,采用线性和非线性摩尔-库仑模型进行了地震反应对比分析,研究了河谷场地地震动幅值和频谱特性随地形变化的规律。模拟数据表明,河谷场地谷底处地震动基本无放大作用,地势凸起处放大作用则较为明显;当考虑土体非线性时,随着地震动强度的增加,放大作用逐渐减小;谱分析结果表明,地势凸起处受高频地震动的影响显著,而地势平坦的谷底则受低频地震动的影响显著。     

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉(Aribitrary Lagrange-Euler,ALE)描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应(Fluid-structure interaction,FSI)的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明:流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

地下管网地震反应分析模型

建立了多点地震动激励作用下的地下管网地震反应拟静力分析模型.首先建立基于有限单元模型的地下管网系统刚度方程,接着给出考虑地震动空间相关性及场地条件等诸多因素的地震动场模拟思路及管网系统地震动施加策略,最后通过解析法验证了模型的正确性.采用本文方法对一“十”字形管网进行了地震反应分析,结果表明:①管线轴向应力沿着管线长度...     

场地地震反应分析研究现状及展望∗

场地条件对结构震害的影响已成公认的事实,如何定量的进行场地地震反应分析成为地震工程学中亟待解决的问题之一,而在场地地震反应分析中确定地震动输入至关重要。针对场地条件和地震动输入对场地地震反应的具体影响、场地地震反应分析方法等方面的研究现状进行了系统总结。已有研究表明,场地条件和地震动输入对场地地震反应分析结果有显著影响。但目前仍存在的问题有:在冻土区进行场地地震反应分析时未充分考虑冻土层的影响效应;缺乏合理的地震动模型来准确描述实际地震动;尚未明确地震波入射角度对场地地震反应的影响规律;目前广泛使用的等效线性化方法不能完全反应土体在地震动作用下的真实运动状态而使其计算结果不尽合理。结合以上问题对还需进一步研究的内容进行了展望,为场地地震反应分析未来的研究工作提供参考。     

溧阳地区强震动台站场地特征研究

介绍了溧阳地区强震动台站分布情况,对其近年来获得的强震动记录进行初步分析,采用水平竖向谱比法研究其中3个台站的场地特征。利用卓越周期划界法对台站场地进行了初步的类别划分。结合典型台站场地的钻孔资料计算卓越周期和划分场地类别,并进行对比分析。研究结果表明,基于强震动记录的HVSR曲线的卓越周期和谱型能够较好的体现台站的场地特征,且HVSR法能突出不同场地的地震反应特征。     

竖向断裂缝对场地地震动的影响分析

断裂缝在工程场地十分常见,研究其对场地地震动的影响很有必要.基于应用局部人工边界条件模拟辐射阻尼影响的二维显式有限元方法,分别对垂直入射和斜入射地震波情形下具有不同深度的竖向断裂缝场地地震动进行了数值模拟,并与地表水平的均匀半空间场地地震动进行了对比,结果表明,断裂缝对其附近场地地震动的影响显著,但随着离开裂缝的距离变大,其影响迅速减小.     

埋设管网系统地震危险性分析方法

埋设管网系统有如下三个特点,即:埋于地基中、在平面内延伸分布范围广、具有生命线工程的重要性,故其抗震设计与地震危险性分析方法也与一般房屋建筑不同。为此,本文提出了一种同时考虑给定地震下地震动场的空间相关性、局部场地条件及地震发生非确定性影响的地震危险性分析方法。本文建议的方法中给定地震下地震动场的确定包括四方面的工作:①确定地震动场的参数,用场内各点之间的相对运动(如相对变形)而不是单点的运动(如加速度);②在频域内确定场内单个点的地震动,以幅值谱与相位谱表示;③用若干个离散点的地震动来描述地震动场;④考虑局部场地的影响。地震动空间相关性与地震发生非确定性同时考虑之间的矛盾问题在本文方法中也得到了处理,采用这一方法的优点是在地震动场中同时考虑了震级、距离及场地的影响,本文提出的方法也可以用于在平面上分布范围较广的其它生命线网络工程。     

水库地震的地震动特性

利用新丰江、黄壁庄、喀什、龙羊峡、官厅、刘家峡和陡河等水库地震的近场地面运动资料，给出了水库地震地震动的峰值加速度衰减关系、频谱特性和持续时间。分析结果表明，较：天然地震而言，水库地震的地面运动峰值加速度高，衰减快；地震动反应谱特征频率高，持续时间短；场地卓越周期以坚硬基岩的最短，硬土次之，软土最长。研究得到的水库地震的地震动衰减关系和频谱特性可为水工结构的抗震设计和加固提供借鉴。     

利用场地表征参数研究岷漳地区地震动相对变化趋势

近地表场地条件所引起的地震动差别可以造成不同场地上建筑物震害的显著差异。为了在岷漳地区的震害预测和长期发展规划中考虑场地条件差异性,提出联合V_(s30)和地形标度曲率作为场地表征参数来获得研究区地震动相对变化趋势图的方法。研究表明:土质山体土质河谷基岩山体基岩河谷是研究区地震动变化的基本规律,但因覆盖层厚度和地形条件的不同,具体场地的地震动变化也有不同。总体上,地震动峰值加速度的放大程度主要与近地表V_(s30)相关,V_(s30)越大地震动峰值加速度的放大越小,地震频谱受频率标度地形曲率和覆盖层厚度共同影响,分别在相应的特征频率处放大。该研究可为区域地震动预测提供理论依据,为制定区域长期发展规划和建筑抗震设计提供重要的基础资料,基于场地表征参数研究区域地震动相对变化趋势的方法也可应用于地震烈度速报和地震灾害快速评估等领域。     

渤海海底表层软弱土特征及其对地震动的影响

以渤海PL19-3油田工程场地为研究对象,利用钻探和剪切波速实测资料,根据中国规范GB50011-2001、美国规范FEMA-NEHRP和欧洲规范EC8,进行场地类别研究;通过地震动效应分析,得到海底表层软弱土对峰值加速度和反应谱的影响。结果表明,现行规范中的场地土类型划分标准是针对陆地场地土特征的,不能反映覆盖较厚的海底淤泥层的特征;海底表层软弱土对地震动加速度的幅值和频谱的影响非常明显,其对峰值加速度的放大倍数较高,但受土的非线性变形影响,随着地震动输入的增大,其放大倍数呈非线性降低,软土场地使得加速度反应谱谱形变宽,特征周期变大。本文的结果为开展海洋工程抗震标准、海域地震区划研究积累了相关基础资料。     

电力工程建设场地设计地震动参数的研究

以江苏某电厂为例,采用概率法对其工程场地进行地震危险性分析,确定基岩水平向地震加速度时程,并根据场地土的静、动力性能参数的测试结果,采用等效线性化考虑土的非线性特性的影响,利用一维波动模型进行场地土层地震反应分析和地震动效应分析。文中得到了50年超越概率63%、10%和3%的地表水平向地震动峰值加速度和反应谱,将所得结果与电力工程相关规范作了一些比较,指出了相关规范中的一些不足,提出应对大型电力工程场地的设计地震动参数做专门的研究。     

双侧破裂模型对地震动空间相关性影响的远场分析

根据震源理论,将由双侧破裂模型计算得到的场地Fourier谱,等价表述为从初始破裂点沿两个相反方向破裂的单侧破裂模型独立计算到的相同场地Fourier谱,以相对长度为权重的线性组合。据此,在远场假定下,得到了双侧破裂模型刻画地震动场分布的两个重要复变参数α1和α2,以及由它们确定场的孔径的解析表达式。最后,以一次地震为例,计算了α1和α2的实部和虚部,以及孔径随震中距、方位角和频率变化的三维图像。