基于FLAC3D液化场地桩基动力反应振动台试验数值分析方法∗

液化场地桩基动力响应是岩土地震工程领域重要的研究课题,而研究液化场地桩基动力响应有效的方法包括大型物理模型试验和数值模拟。鉴于此,针对已完成的振动台试验,采用 FLAC3D有限差分计算程序,建立了液化场地桩?土动力相互振动台试验数值模型。在数值模拟中,承台采用实体单元,桩采用桩单元,柱墩采用梁单元, 考虑液化效应的饱和砂土采用 Finn 模型,粘土采用 Mohr?Coulomb 模型。模型边界采用自由场边界,采用弹簧?滑块?裂缝单元模拟桩?土界面。通过对比振动台试验结果表明：建立的有限差分数值模型能够再现结构和地基的动力响应,进而验证了数值模型的可靠性。同时,分析了引起数值计算结果与试验结果差异的主要原因。所采用的数值分析方法对类似布置的桩?土相互作用数值分析提供参考与借鉴。     

考虑基础柔性的土-结动力相互作用分区显-隐式分析算法

在土-结相互作用分析中,一般假定基础为刚性。这种假定在基础尺寸较小,或地震波频率较低时,有一定的合理性;但当基础尺寸大于入射地震波最小波长时,刚性基础对高频地震波具有较大的滤波作用,影响结构反应的计算精度,应该考虑基础的柔性。本文考虑基础的柔性,将土-基础-结构体系进行分区计算,土体和基础采用集中质量显式有限元方法,半无限土体采用多次透射人工边界模拟,通过FORTRAN自编程序进行分析;上部结构采用隐式有限元法,可通过ANSYS进行分析;当结构采用梁单元时,通过约束方程对基础和结构进行耦合连接;结构和土体可采用不同的时间步距,实现了柔性基础情形的土-结构相互作用分区异步计算。通过与Belytschko显-隐式同步算法对比,表明本文时空分区显-隐式结合异步算法,在保证精度的前提下,可极大提高计算效率。进一步通过柔性基础和刚性基础的算例对比,验证了所模拟的最小波长远大于基础尺寸时,刚性基础假定较为合理,并简单讨论了计算中出现的失稳现象。     

考虑拦污栅-坝体相互作用的混凝土重力坝抗震安全性分析

对考虑拦污栅-坝体的动力相互作用的弹性连接和刚性连接的拦污栅-坝体以及不作耦联分析的拦污栅-坝体这三种不同模型结构形式的动力特性和动力响应进行了比较分析。研究发现,拦污栅的不同模型结构形式对大坝的抗震安全性分析有重要影响,考虑拦污栅-坝体的动力相互作用后,坝体损伤开裂的程度明显加大,坝顶的水平位移响应也明显提高。按《规范》规定的对拦污栅和坝体不作耦联分析的抗震计算方法,所得结果对坝体是偏于不安全的,而如考虑拦污栅-坝体之间的弹性连接,所得结果则是偏于安全的。     

端承桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法∗

对动力荷载作用下桩‐土相互作用问题,将桩和结构等效为一维杆、土体假定为黏弹性介质,提出了一种桩‐土动力相互作用的频域子结构分析方法。首先,基于连续介质力学方法,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦, 根据边界条件推导桩周土体位移和应力的表达式,并结合桩‐土耦合连续性条件推导出均质土体中水平抗力表达式。之后,基于有限元方法将桩和结构采用梁单元离散,进一步通过有限元离散得到土体水平抗力与桩位移之间的动力刚度矩阵,并将其与桩和结构的动力刚度矩阵耦合形成耦合有限元方程,从而建立了结构‐桩‐土体系动力响应的频域子结构模型。最后,通过 Abaqus 软件中的三维有限元模型对该方法进行了验证;利用提出的模型分析了土体动力刚度、土体阻尼和土体模型等对结构动力响应的影响,并分析了地震动一致和非一致激励对结构地震响应的影响。     

风荷载作用下的土-结构动力特性分析

结构的动力特性直接影响到动力荷载的作用效应。动力特性分析中,土体的影响不可忽视。与地震荷载不同,动风荷载自结构向土体传播,土体的惯性力可以忽略。无质量地基法可以满足针对风荷载的土-结构动力分析的要求。本文首先推导土-结构动力相互作用的运动方程,在此基础上,以剪力墙箱型基础结构为基本分析对象,确定有限地基域的范围,分析土-结构整体动力特性。认为:足够的基础埋深,可以有效控制建筑物的摆动;为控制建筑物的动力特性,可以采取措施适当使地基土增加一定的刚度;如何在上部结构的质量和刚度之间建立对应关系以控制土-结构系统的动力特性,有待进一步研究。     

土-结构相互作用对铅芯橡胶支座隔震结构的影响

利用有限元方法,将隔震结构、基础和土体作为一个整体系统进行分析,研究了不同土性土-结构相互作用对基底地震动输入和隔震体系动力特性与地震响应的影响.分析结果表明,土-结构相互作用对基础隔震结构存在影响,因而在工程设计中,隔震结构不应忽略土-结构相互作用效应的影响.     

强地震动作用下地基土-地铁隧道结构的动力接触效应

将地基土-地铁隧道结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面粘塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和隧道结构混凝土的动力特性,用点-线接触单元模型描述强地震动作用下地基土-地铁隧道之间的相对滑移,利用罚函数法和拉格朗日乘子法求解动力接触效应,建立土-地铁隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,分析了动力接触效应对地基土-地铁隧道之间的法向接触压应力、切向接触剪应力和切向滑移的影响规律。结果表明:罚函数法比拉格朗日乘子法更适用于求解强地震动作用下地基土-地铁隧道之间的动力接触问题;与地基土-地铁隧道变形协调假定的计算结果相比较,动力接触效应使地铁隧道的地震加速度反应有所增大。     

大连长山矮塔斜拉桥抗震性能三维数值分析

为进一步认识矮塔斜拉桥地震动力响应特性,以大连长山矮塔斜拉桥为具体工程背景,采用ADINA三维实体单元模拟桥梁结构与桩基,全面考虑预应力钢筋作用和桩土相互作用影响,通过建立全桥大规模三维动力分析数值模型,针对桥梁结构-桩基-地基相互作用体系分别进行了地震反应谱分析、弹性和弹塑性动力时程分析,并对桥梁结构体系抗震性能进行了系统评价,计算结果表明:桥梁体系关键控制截面抗震强度和变形均满足规范要求,主墩位置易发生较大塑性变形;对矮塔斜拉桥等特殊桥梁进行抗震设计时,宜进行考虑主墩结构弹塑性影响的控制截面变形校核。     

土与结构相互作用体系振动台模型试验数值模拟研究(英文)

运用土与结构动力相互作用 (SSI)有限元三维分析软件 SASSI2 0 0 0对一个土与结构动力相互作用体系振动台模型试验进行了模拟计算。对振动台模型试验作了简单的介绍 ,并详细叙述了试验的建模方法。对于试验中的刚性地基和柔性地基条件 ,El- centro波、Taft波和 5 0年超越概率为 10 %的南京人工波等三种地震波输入 ,三个加速度峰值水平 0 .1g、0 .2 g、0 .3g及两个水平向地震波输入的各种组合工况均进行了计算。在数值计算中 ,假设地基土为覆盖于基岩上的半无限粘弹性水平成层土 ,采用等效线性模型考虑土的动力非线性的影响 ;上部结构用三维杆系有限元单元模拟 ,楼板用四结点壳单元模拟 ,每个结点有三个平动自由度和三个转动自由度 ,模型试验中所施加的人工质量均匀分布于壳单元上 ;基础视为平板基础 ,用八结点块体单元模拟 ,每个结点有三个平动自由度。将试验结果与计算结果进行对比较 ,结果表明 :计算所建立的模型较好地模拟了相互作用体系在地震荷载下的反应性状 ,计算结果与试验结果吻合较好 ,SSI效应对结构地震反应有很大影响     

基于复模态法的风电塔架体系地震反应分析

以往对风电塔架研究大多采用刚性地基的假定,忽略土—结构的动力相互作用。然而风电塔架在实际地震时,由于地基的柔性和无限性,使得按刚性地基假定计算出来的结构动力特性和动力反应与将地基和结构作为一个整体计算出来的结果有较大差别。因此,考虑土—结构相互动力作用(SSI)的风电塔架地震响应分析研究十分必要。以华能阜新风力发电塔架为例,基于复模态法分析考虑土—结构相互作用风电塔架地震响应,首先建立土—风电塔架体系计算模型,采用Novak模型对伐板的复刚度、复阻尼计算,然后建立土—风电塔架相互作用体系的地震反应方程,采用复模态分析方法对结构地震反应求解,可供风电塔架抗震设计参考。     

下翼缘摩擦式自定心钢框架梁柱节点抗震性能的数值模拟

介绍了一种新型的钢框架梁柱节点形式,其中预应力钢绞线提供了结构在地震作用下的复位功能(自定心),设置在梁端下翼缘的摩擦件则为结构提供了耗能能力;介绍了下翼缘摩擦式自定心钢框架梁柱节点的构造和工作原理,以节点的低周反复加载试验结果为依据,利用面向对象的开放式计算程序OpenSees建立了节点的数值模型,并侧重于模拟节点在...     

土-结构相互作用体系振动台试验数值模拟

运用土—结构动力相互作用有限元三维分析软件SASSI2000，对一个土—结构动力相互作用体系振动台模型试验进行了模拟计算。首先对振动台模型试验作了简单的介绍，进而详细介绍了试验的建模方法。对试验的两种地基条件、3条地震波输入、3个加速度峰值水平及两个输入方向的各种组合工况进行了计算，并将试验结果与计算结果进行了比较。结果表明：计算模型较好地模拟了相互作用体系在地震荷载下的反应性状，计算结果与试验结果吻合较好；同时表明，土一结构相互作用效应对结构地震反应有很大的影响。     

高温下栓钉剪力连接件的结构性能数值模拟研究

目前,钢混凝土组合梁由于其具有截面高度小、自重轻、延性好等优点而广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。钢混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板通过剪力连接件共同作用,钢混凝土组合梁的性能很大程度上依赖于剪力连接件的性能,因此剪力连接件是组合梁中的关键部位。栓钉是目前最常用的柔性剪力连接件。本文采用有限元软件ABAQUS,较系统地研究了高温下组合梁中栓钉破坏形态、破坏机理、抗剪承载力和荷载—滑移规律性能,为高温下组合梁抗火性能研究提供基础。模型中混凝土、栓钉和钢梁采用实体单元模拟,材料的力学特性和热工特性参数根据欧洲规范(EN 1994-1-2)。本文先用文献中的试验结果验证了数值模型的可靠性,并进一步研究了不同栓钉直径和不同混凝土强度等级时的高温下栓钉承栽力折减系数。研究表明,欧洲规范中高温下栓钉承栽力的计算公式是合理的,能较准确地预测栓钉在高温下的承栽力。     

基于联系数和马尔可夫链耦合的山东省旱情动态预测评价

为增强区域旱情预测评价模型的合理性、可解释性和预测评价结果的准确性,以山东省1972-2001年旱情历史序列作为评价样本,选取水库蓄水量距平百分率、地下水埋深、土壤含水量和降水量距平百分率4个旱情评价指标,采用基于加速遗传算法的模糊层次分析法确定评价指标权重,通过计算评价样本的指标数联系数、指标值联系数并利用最小相对熵原理得到样本的平均联系数,由属性识别法确定了各年份的旱情等级,建立了基于集对分析五元联系数和马尔可夫链耦合的区域旱情动态预测评价模型(简称CNMC模型),将CNMC模型应用于山东省2000、2001年旱情等级动态预测评价中,判定山东省旱情等级,将该模型确定的旱情等级与属性识别法评价结果进行对比分析。结果表明:采用CNMC模型得到的旱情等级计算值与属性识别法的评价结果一致,可发现CNMC模型中由集对分析法确定的权重值较自相关系数法确定的权重值分布均匀,克服了自相关系数法的计算不稳定性;以联系数分量为基础的属性识别法克服了直接将指标数值与评价标准匹配得到的马尔可夫链状态等级空间的粗糙性;以前5 a各年份的联系数分量为基础,充分利用了1~5步长状态转移概率矩阵,克服了普通马尔可夫链法中仅采用状态转移概率矩阵中某一行信息所带来的局限性。CNMC模型有助于深入刻画和解析预测对象与预测因子之间的复杂关系,以联系数分量为基础,不同步长的马尔可夫链状态转移概率矩阵为驱动所建立的模型能更精准地刻画系统的不确定性趋势且计算简单、操作方便,为区域旱情动态预测评价提供了一种新途径。     

受火钢框架的落锤冲击响应数值模拟

运用有限元程序ABAQUS进行数值模拟,研究不同温度下受撞击载荷钢框架结构的动力响应和梁柱连接性能,重点考察了三种梁-柱连接形式:即全焊接连接、平齐式端板连接、外伸式端板连接等对钢框架抗冲击性能的影响。对于受火和自重作用的钢框架,比较了梁的跨中挠度和梁柱交点处沿梁方向的位移,以及结构在不同环境温度下的温度场;进而采用温度加载和落锤冲击共同作用,得出结构的梁柱节点破坏模式和钢梁的临界屈曲温度,以及落锤撞击过程中跨中挠度和撞击力的发展。模拟结果表明,外伸式连接框架高温作用下的抗落锤冲击性能最好。     

基于离散时间传递矩阵法的变截面刚构桥-地震时程分析方法

为提高变截面刚构桥地震动力时程分析的计算效率,提出了基于离散时间传递矩阵法的时程算法。首先,从欧拉梁的动平衡方程出发,结合逐步时间积分法的线性化方法,基于离散时间传递矩阵法推导了欧拉梁的单元传递矩阵;然后,将变截面刚构桥离散为平面杆系结构,依据张量变换原理将单元状态矢量转换至整体坐标系下,借助分叉点处的协调条件和平衡条件建立了离散体系的整体传递矩阵;最后,借助数值仿真软件,考虑地震荷载的多点输入影响,采用逐步数值迭代求解的方式实现了变截面刚构桥的地震动力时程分析。以某变截面刚构桥为算例完成仿真计算,并与有限元法就数值计算精度和计算效率进行了对比讨论,分析结果论证了本文所提算法的有效性和高效性。     

矩形柱体地震动水压力的附加质量简化模型∗

针对矩形柱体在水中的振动问题,提出一种代替水-结构动力相互作用的附加质量模型。基于矩形柱体动水压力的计算公式、自由振动方程、自振频率和振型的计算公式,建立了水中矩形柱体地震动力反应的计算公式;基于柔性结构的一阶频率降低率,建立了矩形柱体柔性运动引起动水力的附加质量简化公式,并给出了水中矩形柱体自振频率的简化计算公式;基于刚性运动引起的动水力,建立了矩形柱体刚性运动引起动水力的附加质量简化公式;建立了地震作用下水中柱体结构的简化分析模型,即分别采用柔性和刚性运动附加质量的简化公式代替相应的水-结构相互作用。     

泥石流危险度的改进集对分析模型

泥石流危险度的正确评估是泥石流灾害治理和工程措施的基础,但泥石流危险度评价是一个极其复杂的不确定性问题.基于集对分析理论,探讨了泥石流危险度的集对分析改进新方法,即基于样本评价指标实测值与讨论泥石流标准危险度类别间的接近程度,判别集对同异反,进而应用模糊联系度的概念挖掘样本与讨论类别相邻类别的集对同异反有效信息,以综合定量分析样本的危险度,从而提高评价结果的町靠性和准确性.实例应用及与其他方法对比结果表明,基于改进的集对分析方法来评价泥石流危险度是有效可行的,町以取得理想的结果,且操作简单.     

新建宜万线渡口河大桥动力特性分析

新建的宜昌—万州线上的渡口河大桥为一座高墩大跨度连续刚构桥,为了研究其动力特性,分别按桩土连续梁模式、桩土空间刚架模式模拟桩土的共同作用,建立了相应的空间有限元模型。通过比较不同建模方法对动力分析的影响,深入分析了渡口河大桥的动力特性。研究了二期恒载、承台的质量、主墩的混凝土强度等级和边支座纵向弹性约束对结构动力特性的影响。计算结果表明,大跨度桥梁结构的动力分析必须建立详尽的分析模型,以反映结构的实际动力特性。