高拱坝地震反应时域分析中Rayleigh阻尼矩阵建模方法讨论∗

讨论了不同Rayleigh 阻尼矩阵建模方式对时域内高拱坝地震反应计算准确度的影响。以某一高240 m 的混凝土拱坝为研究对象，分析了结构的动力特性，分别计算了结构在双向和三向地震作用下，当采用不同Rayleigh 阻尼矩阵模型时的结构动力反应。建立了8 种Rayleigh 阻尼矩阵双参数模型，其中第一参数频率取拱坝第1、2 阶频率，第二参数频率取拱坝第5、6 阶频率及地震波反应谱的峰值频率和重心频率。计算结果表明：当高拱坝的自振特性相比于地震波频谱分布表现出长周期结构动力特征时，不同Rayleigh 阻尼矩阵模型对计算结果影响很大。建议采用拱坝顺河向基频和地震波反应谱峰值频率作为两个参数频率，由该模型计算所得的坝体地震反应的主要计算结果总体上计算误差为正，且误差值有限。     

地下结构抗震分析中若干土层模拟方法对比研究

动力时程在地下结构抗震分析中应用广泛,土体动力特性的准确模拟对动力时程分析结果有重要影响。介绍了Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型的基本理论,验证了等位移边界条件的有效性。从地表加速度响应和加速度幅值沿深度放大两方面,对比分析Mohr coulomb模型、Shake91、Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型在2Hz和8Hz正弦波作用下的响应结果。结合理论分析得出:静力Mohr coulomb模型对动力时程分析适用性有限;建议在地下结构抗震分析中采用场地基频与接近地震波主频固有频率计算Rayleigh阻尼参数;Hardin-Drnevich等粘弹性非线性模型比等效线性化方法更适用于地下结构抗震分析。     

软土地铁车站中柱在强震作用下的响应研究

将汶川地震时获得的地震波作为输入波,利用FLAC3D软件对软土典型地铁车站中柱进行强震响应的三维数值模拟。土体采用D-P本构模型,车站结构采用弹性模型,并选用瑞利阻尼和Hardin/Drnevich模型的滞后阻尼来实现土在循环动荷载下的滞回和非线性。计算结果包括中柱的相对变形、轴力、剪力、弯矩及车站中柱的加速度响应规律。结果表明:下层中柱是地铁车站受地震波作用时最为薄弱的构件,并且中柱的破坏系水平向地震波和竖直向地震波共同作用的结果。     

近似Rayleigh地震波作用下地下综合管廊响应分析

地下综合管廊是一种重要的生命线基础设施,目前对其抗震性能的研究还处于起步阶段。由于属于浅埋地下结构,故地震波中的面波、尤其是Rayleigh波可能会成为地下综合管廊破坏的控制因素。本文根据简谐Rayleigh波的特点,提出了近似Rayleigh地震波的概念,并在假定已知Rayleigh波水平分量的情况下,利用傅里叶变换求得近似Rayleigh地震波场。采用三维有限元模型,对地下管廊结构进行了地震响应分析。分析结果表明:本文建议方法可以有效地模拟波动的传播过程;地下综合管廊结构的变形以整体弯曲变形为主;结构顶面应变约为对应底面位置应变的两倍,与Rayleigh波沿深度衰减的规律相类似。     

地基土-非线性单自由度结构相互作用体系在随机地震作用下的加权等效线性化分析法

本文对地基土——非线性单自由度上部结构相互作用体系在随机地震输入下的响应问题作了初步研究,在Booton-Caughey的等效线性化方法基础上,提出了一个加权等效线性化方法.本文非线性模型采用具有滞回环特性的非线性系统.引入了等效对角阻尼矩阵,使得在用振型分解法求解结构的随机响应时,可以处理一般阻尼,而不必假设Rayleigh阻尼.最后以一水塔结构的相互作用体系为例,求出了该非线性体系在平稳Gauss过滤白噪声激励下的非平稳响应,并将其结果与Monte-Carlo法的统计结果进行了比较,同时讨论了采用不同样本条数对Monte-Carlo法统计结果的影响.     

城市地下综合管廊节点地震响应的影响因素分析

建立城市地下综合管廊典型节点二维有限元模型,分析在不同地震波不同峰值加速度、不同地震波相同峰值加速度,以及是否考虑土-结构接触面的接触作用下的地震响应。结果表明：①在不同地震波不同峰值加速度作用下,随地震波峰值的增大管廊节点的侧向位移、峰值加速度、峰值应力随之增大;②在不同地震波相同峰值加速度作用下,地震波的频谱特性对节点地震响应有显著影响;③是否考虑土-结构接触面的接触作用对管廊节点地震响应有较大影响。     

363kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x +y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

高阻尼混凝土梁板结构动力特性分析

通过提高混凝土材料的阻尼比,有效地改善混凝土结构自身的阻尼性能,从材料的角度出发实现结构高阻尼化已成为一种新的结构振动控制方法。根据结构动力学原理,分析了提高系统阻尼比在结构发生共振时,对降低结构振动响应的有效性;利用有限元软件AN SY S模拟了普通混凝土结构、局部高阻尼混凝土结构以及整体高阻尼混凝土结构的动力响应,主要包括模态分析和谐响应分析,并对3种不同组成材料的结构响应结果进行比较。有限元分析表明:高阻尼混凝土结构的动力特性较普通混凝土结构有了显著的改善,而且当高阻尼混凝土仅用于结构的柱中时,其改善效果与整体结构都与使用高阻尼混凝土的效果比较接近。这对研究结构局部高阻尼化,降低结构在地震等动荷载作用下的响应有参考价值。     

地震作用下锚固滑坡动力响应研究

为研究地震作用下锚固滑坡的动力响应,开展大型振动台模型试验,以汶川波、El Centro波以及不同频率的正弦波为输入波,研究在逐级增大加载强度条件下锚固滑坡的动力特性、加速度响应及地震动参数对加速度响应的影响等动态响应特征。结果表明:①地震作用下,锚固滑坡的破坏形式主要为框架之外素土部分上部的张拉破坏和坡底的剪切破坏。②锚固滑坡对输入地震波具有放大作用,且沿坡高方向向上,PGA放大系数呈递增趋势。③不同类型的地震波作用时,由于其频谱特性的差异,锚固滑坡的加速度响应不同。低强度地震波作用时,输入波的频率越接近锚固体的自振频率,坡面加速度放大效应越强;高强度地震波作用时,输入波的频率越低,坡面加速度放大效应越强;低频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越强;高频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越弱。研究结果对锚固滑坡的抗震设计具有一定的参考意义。     

三向地震作用下密肋复合墙结构模型振动台试验研究

为研究地震作用下密肋复合墙结构动力响应的基本规律,设计制作了1/15比例结构模型,进行了三向地震作用下的振动台试验。输入白噪声及不同烈度的El Centro波及天津波,测试了结构模型的加速度及位移反应,分析了结构破坏特征及动力特性,对比两种地震波作用下结构顶层的动力反应,研究了结构楼层动力放大效应随测点高度及地震烈度的关系,并与单向地震作用下的动力响应进行了对比。结果表明,地震烈度不大于8度时,密肋复合墙结构模型保持弹性状态,9度时在结构底部发生拼接缝滑移破坏,结构自振频率降低;结构地震放大效应与测点高度、地震波的峰值和频谱特性有关,水平动力放大效应随高度的变化规律与竖向动力放大效应不同,且当烈度较高时,三向地震的耦合效应较为显著。因此,除加强底部连接构造措施外,还应采取构造措施以增强中部楼层抗拔及顶部楼层的抗剪能力。     

基于Ap/Vp的双薄壁高墩刚构桥抗震性能研究

为了研究地震频谱特性对柔性桥梁抗震性能的影响,以正弦波为例推导了地震动能量与A_p/V_p的关系,基于能力需求比提出了桥梁抗震性能评估方法及计算公式。以某典型高墩连续刚构桥为工程背景,采用地震动参数A_p=0.4g的22条正弦波和7条实际地震记录,对比研究了桥梁纵、横向抗震性能随A_p/V_p的变化规律。结果表明:在地震动参数A_p相同的情况下,桥梁关键截面抗震能力需求比在纵、横桥向均随A_p/V_p的增大而呈现增长的规律,最大增幅超过12.92倍(正弦波)和2.31倍(实际波);按正弦波得到能力需求比普遍大于实际波,且随A_p/V_p增大而增大的规律更明显。研究发现将地震动参数A_p作为单一的抗震设计指标会导致桥梁抗震性能离散性很大,A_p/V_p可作为柔性桥梁抗震设计的补充指标。     

深厚软弱场地地震反应特性研究

以南京、盐城、上海的 3个典型场地作为长江下游地区深厚软弱场地的代表 ,探讨了深厚软弱场地的地震效应特性。首先 ,利用南京工业大学岩土工程研究所自行研制的GZZ 1自振柱试验机 ,对 3个典型场地的原状土样进行试验研究 ,获得了各类典型土的动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化曲线 ;其次 ,选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动 ,将Taft、ElCentro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平调整为 0 .35m/s2 ,0 .70m/s2和 0 .98m/s2 ,利用程序SHAKE91对 3个场地进行了输入不同地震波、不同峰值加速度水平的 2 7种组合的地震反应分析。数值分析表明 :场地条件和基岩输入地震动特性对土层的地震加速度放大效应有显著影响 ,地表处的地震加速度放大系数随着输入地震波峰值的增加而减小 ,土层内部的这种规律性不如地表处表现得明显 ;地表软弱土的存在使土层地表处的地震加速度放大系数急剧增大 ,场地内部软弱土夹层处的地震加速度放大系数急剧增大 ,强震时易失效 ;互层土特殊的层理构造会造成该土层的剪应变幅值急剧增大。     

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。     

苏通大桥初设阶段主桥场地地震反应计算

本文计算了苏通大桥初设阶段主桥近300 m深场地的地震反应。将三种地震波从基岩输入,并考虑了行波效应,从而得到不同计算工况下8个桥墩所在场地的地震反应结果,列出了工程场地地表的部分绝对加速度和绝对位移的计算结果。从计算结果来看,土层的地震反应受到以下几个因素的影响:土层计算模型、土层的地质地形条件、行波效应。当有倾斜河谷地形时,采用一致输入下水平均匀分层土层的简单模型后,计算所得的工程场地地震动参数与实际场地精细化模型的计算结果有较大的差距。是否考虑基岩面上地震波的行进过程,也会对场地地表的地震动参数产生较大的影响。     

土层地震反应分析的地面加速度峰值计算研究

针对不同的工程场地采用20组相互独立的基岩加速度时程作为输入地震波,对广东省307个项目的地震安全性评价中的662个地震钻孔剖面进行土层地震反应分析,用相对均方误差来定量评估所得到的地面加速度峰值离散值,发现地面加速度峰值的计算结果具有很大的离散性,最大相对均方误差为19%,平均相对均方误差为7.53%;地震基本烈度高的地区比地震基本烈度低的地区的相对均方误差大,场地类别差的比场地类别好的相对均方误差大;目前较为普遍地用1条或3条基岩加速度时程作为地震动输入是明显不够的,应适当地增加,对于高烈度地区和场地类别较差的场地更是如此,才能得到较为合理的地面加速度峰值。     

多维地震作用下偏心结构动力反应的Simulink仿真分析

理论研究与震害经验表明,地震时结构会产生不可忽略的平动与扭转耦合的空间振动,因此,对结构进行平—扭耦联反应分析具有重要意义。本文首先建立多维地震动作用下偏心结构的空间力学模型和动力方程,并编制相应的MAT LAB程序,然后将动力方程所代表的动力学系统用控制理论中的状态空间法予以描述,根据其状态方程在SIMULINK环境下建立仿真分析模型,从而求解动力方程。对一双向水平地震作用下的6层偏心框架结构进行平—扭耦联反应数值仿真分析,得出了一些有益的结论。     

多类型地震动作用下高层结构的易损性分析

以低频成分为主的长周期地震动容易引起中、长周期结构的破坏,针对这类特殊的地震动,现行抗震规范没有相应的条文,且有关单独考虑长周期地震动作用下结构动力响应的研究成果很少。以一个30层框架剪力墙高层结构为例,利用Perform-3D三维有限元软件进行建模,选取10条远场长周期地震动、10条近场长周期地震动以及10条普通地震动,将最大层间位移角作为工程需求参数,S_a(T₁,5%)作为地震强度指标。基于增量动力分析方法对该结构进行动力时程分析,并定义了4个结构性能水平,然后统计不同地震强度下的结构需求,获取地震易损性曲线,最终对比评价了三类地震动作用下结构的易损性。     

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。