基于反应位移法的核级工业水池抗震设计分析

介绍了反应位移法的基本原理和计算方法,并在大型有限元商业软件ANSYS中实现,将其应用于核电厂工业水池抗震设计分析,对不同工况下的工业水池的内力分布展开研究,同时通过ANSYS的二次开发并结合五点公式计算得到结构内力分布规律及其危险工况,为工业水池合理截面设计及配筋方案提供技术支持。结果表明:工业水池侧墙最大弯矩发生在中间部位的中部和底部,在同等抗震等级条件下,SL1地震作用下侧墙弯矩大于SL2地震作用下的;柱子内力规律性明显,水池中间所受内力最大,SL2地震作用下变形结果大于SL1地震作用下的,空水状态为危险工况,且采用适当的配筋措施能够满足结构抗震要求。该研究成果可为核电工业水池抗震设计或其他类似工程的设计提供参考。     

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——各荷载单独作用分析

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,应明确塔筒在各荷载单独作用下的内力特征。以某冷却塔为例并配以代表性的荷载取值,对其自重、风、冬温和夏温、水平和竖向地震这6类荷载的内力状态进行了单独分析和系统对比,着眼于各自的主要内力和各内力环向分布特征。结果表明,自重、冬温和竖向地震作用下内力的环向均匀分布使其无碍于荷载效应的方向组合;夏温和水平地震的最不利内力固定在某一子午线上且各自分别以弯矩和轴力为主,两者方向一致时即自然形成最不利组合;风荷载方向的任意性、复杂的内力分布特征和轴弯联合作用使常规荷载效应组合中必须进行多风向计算,但其内力分布特征依然给荷载效应组合的简化提供了可能。     

地震动差动作用下大跨度空间网壳结构的反应分析

选取100 m跨度的双层柱面网壳结构为研究对象,采用时程分析法,分别进行了结构在单向和三向地震行波输入作用下的反应分析,并针对多种视波速情况进行了研究,考查了地震动不同输入情况下结构杆件内力的分布特点,对其进行了对比分析,为大跨网壳结构的抗震设计提供了理论依据。研究表明,考虑行波效应会使结构部分构件内力有一定程度的提高,多维地震作用比单维地震作用下结构的杆件内力大。由此得出结论:对于大跨度空间网壳结构,应该进行多维非一致输入下的地震反应分析;为保证抗震安全,应对可能出现的地面视波速进行全面分析。     

地基土特性变化对桩基抗震反应的影响

地震荷载作用下的桩基动力反应在工程设计中越来越受到重视。基于桩-土-结构整体动力有限元法,结合工程实例,建立有限元分析模型,设置粘弹性人工边界,研究水平地震荷载作用下地基土层特性变化对桩基抗震反应的影响。着重探讨了上软下硬和上硬下软两种土层分布情况下,软硬土层相对厚度及弹模比变化对桩基抗震反应的影响。结果显示:桩基和筏基交接处桩顶截面和软硬土层分界处的桩身截面均可能是内力最大截面,桩顶截面和软硬土分界处桩身截面都应是设计需考虑的控制性截面,地基土层特性变化对于桩基弯矩的影响较剪力的影响显著。     

基于ANSYS的界面化核电站取水构筑物配筋程序开发

在实际工程应用中,对于结构复杂安全等级高的核电水工结构,相关的通用设计软件尚未形成。利用ANSYS二次开发工具APDL、UIDL以及Tcl/Tk可视化工具命令语言,针对核电站取水构筑物开发了一整套程序,包括了建模、计算以及后处理,后处理部分为内力计算和配筋可视化程序,简化了操作流程。算例表明,内力提取程序运算结果精度良好,可以用于配筋设计,利用配筋可视化程序对工程实例进行的配筋及裂缝验算,结果符合工程要求,针对配筋结果提出了墙体优化设计的建议。通过在ANSYS中实现内力计算和可视化配筋程序,可用于解决核电水工结构设计问题,有良好的工程适用性。     

重力式挡土墙抗震稳定性检算最不利状态选取探讨∗

重力式挡土墙整体稳定性检算最不利状态选取对抗震设计有重要影响。针对加速度峰值、墙身外倾峰值、墙顶位移峰值三种典型挡墙抗震危险时刻以及常用“土压力峰值时刻包络”取值方法,以振动台模型试验揭示地震土压力取值结果差异性,基于重力式挡土墙ABAQUS 有限元模型地震响应计算,分析各危险时刻墙背土压力取值及整体稳定性检算结果差异,提出抗震稳定性检算最不利状态建议。结果表明：（1）随地面峰值加速度和墙高增加,三种危险时刻地震土压力均呈现从非线性分布向近似正三角图式转化,合力及作用点高度整体上较现行抗震规范分别大49% 和18%;（2）峰值包络法因不能反映墙-土运动主/被动状态和地震动传导时延特征,致使墙顶附近土压力取值结果过大,地震土压力合力较危险时刻大一倍且作用点偏高约25%;（3）墙身外倾峰值危险时刻的抗滑移稳定系数较其余两种危险时刻偏小14%~33%,且随地面峰值加速度增大反映出更明显的衰减敏感性,以此作为抗震稳定性检算最不利状态有利于结构安全与经济性协调。     

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——配筋计算流程的简化

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,以某冷却塔为例,通过分析各荷载单独作用下的内力状态,包括各自的控制性内力、内力环向分布特征等,对各荷载尤其是风荷载的内力状态进行简化,并根据冷却塔塔筒的旋转轴对称设计原则,从而提出了一种配筋计算的简化方法。与常规方法相比,简化方法所得配筋量仅略有增加,但不仅避免了多风向的组合计算,还无需对整个环向进行配筋计算,在一个确定高度位置只需取一组内力进行配筋计算即可,大大降低了计算工作量。     

椅式桩板结构地震响应分析与简化计算方法研究

椅式桩板结构在高陡边坡路基工程中应用广泛,研究其高烈度地震下的响应特征对抗震分析具有重要意义。以拟建川藏铁路某斜坡椅式桩板结构路基支挡工程为背景,建立有限差分三维数值计算模型,研究了结构的静、动力学响应特性,分析了结构最不利状态响应物理量的取值方法,探讨了结构传力分担机制及重要受力部位,提出了结构地震响应简化计算方法。结果表明:不同地震波形与峰值加速度下,土压力、结构内力及动位移响应的分布曲线形态相似,而响应量值差异显著;土压力应以桩顶动位移朝向临空面达到峰值的时刻作为最不利状态进行取值,而结构各截面的控制内力则应取地震响应时程中的峰值;横梁的推力传递和转角约束作用使主、副桩协同承载且极大增强了结构抗变形能力,桩身与横梁交界位置为结构重要受力部位;考虑拟静力法与动力时程分析结果的响应分布曲线相似性,以最大拟合优度确定动力修正系数取值并提出了地震工况下的结构响应简化计算方法。     

田湾核电5-8号机组第一阶段取水明渠工程北导流堤抗震稳定分析北大核心CSCD

以田湾核电5-8号机组第一阶段取水明渠工程北导流堤实际工程为背景,详细阐述了核电规范规定的3种稳定性分析方法,即滑动面法、静力有限元法和动力有限元法。运用Geo-slope软件分析导流堤抗震稳定性,计算出在不同地震动SL1和SL2条件下滑动面位置和最小安全系数。SL1条件下安全系数大于1;对SL2条件下安全系数小于1,导流堤发生瞬时失稳的情况,进行了Newmark滑移量分析,但由于非线性地基土液化区的存在,需进一步应用有效应力动力分析方法进行补充分析,结果表明:SL1地震动作用下,导流堤稳定性良好;SL2地震动作用下虽发生瞬时失稳,但变形量很小,仍然具有安全性。计算方法和分析成果对类似核电导流堤抗震稳定分析具有一定的指导和借鉴作用。     

田湾核电5-8号机组第一阶段取水明渠工程北导流堤抗震稳定分析

以田湾核电5-8号机组第一阶段取水明渠工程北导流堤实际工程为背景,详细阐述了核电规范规定的3种稳定性分析方法,即滑动面法、静力有限元法和动力有限元法。运用Geo-slope软件分析导流堤抗震稳定性,计算出在不同地震动SL1和SL2条件下滑动面位置和最小安全系数。SL1条件下安全系数大于1;对SL2条件下安全系数小于1,导流堤发生瞬时失稳的情况,进行了Newmark滑移量分析,但由于非线性地基土液化区的存在,需进一步应用有效应力动力分析方法进行补充分析,结果表明:SL1地震动作用下,导流堤稳定性良好;SL2地震动作用下虽发生瞬时失稳,但变形量很小,仍然具有安全性。计算方法和分析成果对类似核电导流堤抗震稳定分析具有一定的指导和借鉴作用。     

基于IDA的西安站改东配楼结构地震易损性分析∗

为评估复杂连体结构在地震作用下的抗震性能,通过增量动力分析法对结构整体的抗震性能进行易损性分析。分别将最大层间位移角,扭转角和损伤参数作为 DM 值,获取结构易损性曲线,根据超越概率密度函数得到了各部件和整体结构的易损性矩阵。结果表明：在不同工况的 PGA 输入下,连体结构各部分均能满足抗震规范所规定的 8 度罕遇地震的要求,大跨桁架始终满足抗震性能要求;随着整体结构破坏程度的不断加大,角钢预埋件的破坏随着大跨桁架在强震作用下扭转的增大而逐渐增大,各水准的超越概率均大于其它部分的超越概率,因而大跨桁架支座端的角钢预埋件 1 和 2 是决定连体结构整体抗震性能的关键。     

宿迁市教育大厦消能减震设计研究

对地处地震高烈度区的宿迁市教育大厦进行了消能减震设计。采用消能减震支撑框架结构体系代替传统的框架—抗震墙结构体系,进行了结构非线性时程分析,对消能装置的数量及布置进行了优化。分析结果表明,消能减震支撑框架结构在多遇地震作用下的层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,在罕遇地震作用下具有更高的安全储备,表现出良好的抗震性能,可为高烈度区类似结构的设计提供借鉴。     

连续刚构桥地震响应灰色关联参数敏感性分析∗

为进一步研究连续刚构桥的地震响应规律,以某连续刚构桥为例,建立了不同工况下连续刚构桥数值计算模型,充分考虑负相关因素,采用基准值误差与改进的灰色 T 型关联分析方法,以地震作用下某连续刚构桥墩顶顺桥向弯矩、墩底横桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩和跨中横桥向弯矩为评价指标,进行了地震作用下连续刚构桥灰色关联参数敏感性分析。分析结果表明：高墩墩顶顺桥向弯矩对梁底曲线幂次的变化更敏感,矮墩墩顶顺桥向弯矩对根部梁高高跨比的变化更敏感,而墩底顺桥向弯矩则对墩高比的变化更敏感;高墩墩底横桥向弯矩对跨中梁高高跨比的变化更为敏感,矮墩墩底横桥向弯矩则对根部梁高高跨比相对更敏感;主梁跨中横桥向弯矩则对跨中梁高高跨比的变化更为敏感。该敏感性分析方法,可为连续刚构桥抗震设计及防灾减灾提供一定参考。     

常压立式储油罐地震应力的有限元计算

采用有限元方法 ,考虑在静载和动载共同作用下 ,对常压立式拱顶储油罐的地震应力进行了计算分析 ,给出了轴向应力的分布状态 ;并与相关抗震设计规范中的验算公式得出的结果进行了比较。结果表明 :由于地震的动力作用 ,储油罐的受力状态不是均匀分布 ,出现了峰值和谷值 ,而这些应力峰值大于工业设备抗震鉴定标准和石油化工设备抗震鉴定标准中公式的计算应力值 ,这应引起足够的注意。     

基于F⁃J⁃M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究∗

目前铁路桥梁设计逐渐由容许应力法向极限状态法转变,而《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》（Q/CR 9300—2018）并未提及地震作用与温度等可变作用的联合作用,给高寒高烈度区桥梁结构抗震设计带来了较大困难。为了推进桥梁以更经济的抗力方式抵御外荷载作用,通过目标可靠度指标确定其最优地震设计状况荷载组合分项系数,从而对现行桥梁设计规范抗震设计进行优化。建立了高寒地区某桥温度作用效应概率模型,使用Ferry Borges荷载组合理论探究地震和环境温度作用的效应分布特征,并基于JC 法和多灾害荷载系数设计法（MH-LRFD）建立地震、温度作用荷载系数的表达式。依托某桥梁工程实例分别探究了地震、温度以及两者共同作用下的桥梁的失效概率。研究结果表明：环境温度引起的桥梁温度内力响应、主要构件材料特性变异均能显著影响桥梁的失效概率;对于高寒大温差地区,现行规范忽略环境温度效应将显著低估桥梁在地震作用下的失效概率。本文提出的F?J?M（FerryBorges+JC+MH-LRFD）方法计算地震、温度作用组合系数,可为高寒地区桥梁抗震设计提供必要理论依据。     

响水风电基础地震动参数选取及抗震性能分析

响水风电场位于江苏省响水沿海滩涂地区,是国内目前单体较大的风电项目。本风电场是Ⅳ类场地条件对抗震不利,因此有必要对基础抗震性能进行验算。首先选取不同地震动参数进行了对比计算,计算表明根据风电场场区地形地貌、区域地质条件确定的地震动参数,考虑土层特性后,地震作用放大较多。然后针对在多遇地震和基本烈度地震两种情况下,综合考虑波浪力、风荷载的联合作用,对风电基础进行抗震验算,计算表明多遇地震烈度时,可满足现行建筑结构抗震规范的要求。基本烈度地震时,结构的应力、内力及其墩台处位移均满足抗震要求,但泥面处位移超过限制要求,泥面位移控制是抗震设计的主要目标。     

基于修正惯用法的埋深对圆形隧道地震反应影响∗

采用修正惯用法,在考虑土拱效应对圆形隧道结构受力状态影响的基础上,研究了埋深对地下结构地震反应的影响规律。首先,对比分析了不考虑和考虑土拱效应时、地震荷载作用前,隧道结构内力分布及随埋深的变化规律;将作用于隧道结构上的水平地震荷载等效为围岩土体变形导致的土压力的改变值;继而探讨了考虑土拱效应后,地震荷载引起的隧道结构内力的改变,研究了不同地震动强度下,埋深对圆形隧道结构地震反应的影响规律。 研究结果显示,地震作用下,圆形隧道结构的内力随着埋置深度的增加呈现出先增大后减小或趋于稳定的趋势,即圆形隧道结构地震反应存在一个抗震关键埋深。     

高烈度地震区大跨长联连续梁桥抗震分析及性能评价

以某高速公路上一座跨度为(55+4×90+55)m典型长联连续梁桥为工程背景,采用有限元软件建立其动力分析模型,分析了该桥的动力特性。在100 a超越概率63%和50 a超越概率2.5%两种地震水平作用下,采用反应谱法和时程分析法对桥梁结构进行了地震响应分析,并结合桥墩验算截面的弯矩一曲率关系曲线,评估了该桥的抗震性能。分析结果表明,在E1、E2两种概率地震作用下,桥梁结构处于弹性工作状态,满足下部结构弹性设计的设防目标。研究结果可以指导同类桥梁的抗震设计。     

盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明:盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

考虑墙-框连接方式影响的填充墙框架结构抗震性能分析

在结构设计中,填充墙通常被当作非结构构件,不参与结构抗震计算。在实际地震作用下,填充墙和框架成为整体,共同抵抗地震作用,合适的墙-框连接方式可以减轻二者的相互作用,从而提高结构整体抗震性能。首先,运用ABAQUS软件对前人已开展的考虑墙-框不同连接方式的框架结构拟静力试验进行数值模拟,验证了所建立的有限元模型的可靠性。然后,基于某典型框架结构,建立三种墙-框连接方式的框架结构有限元模型并进行分析。模态分析表明,墙-框连接方式对框架结构的振型及周期影响较小,结构动力特性趋于一致。通过多遇地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比分析各结构的加速度反应、位移反应、滞回耗能及构件震害特征等可知,合理的墙-框连接方式可以提高结构抗震性能。针对本文框架结构工程实例,采用墙-框脱开密封材料封缝,构造柱加水平系梁的连接方式时其抗震性较好。