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。     

结构损伤模式识别与试验分析

基于最小二乘支持向量机方法,提出了小波核函数最小二乘支持向量机结构损伤模式识别方法。该方法以结构固有频率变化率为特征向量,利用有限的荷载和动力响应数据,便能得到良好的结构损伤识别效果,弥补了传统方法对结构固有频率不敏感的缺陷,克服了其他动力参数数据采集误差大的问题。数值模拟计算表明该方法具有较高的识别精度。对一个12层的混凝土框架结构模型进行了振动台试验,研究分析结果表明,理论识别结果与实验现象基本吻合,说明该方法具有良好的识别效果和实际应用前景。     

建筑幕墙振动台试验框架设计方法研究*

建筑幕墙振动台试验中通常采用试验框架模拟承载幕墙的主体结构，幕墙试件的动力反应和变形依赖于试验框架。为满足幕墙试件的试验要求，基于有限元分析提出了一种试验框架设计方法。该方法首先根据幕墙试件的尺寸和试验预期的台面加速度及层间位移角，设计初始的试验框架模型；然后，建立初始试验框架和幕墙试件的整体有限元模型，由整体模型两个平面方向的基频构建系统瑞利阻尼矩阵，形成试验模型的等效计算模型；最后，通过有限元分析模拟振动台试验的加载，根据计算结果与试验预期指标调整确定试验框架的设计参数，直至满足试验要求。在此基础上，以一个玻璃-石材复合幕墙为例设计了相应的试验框架，进行了振动台试验。结果表明，幕墙试件的层间位移角和台面加速度指标均能满足试验要求，验证了试验框架设计方法的合理性。随着地震动输入幅值的增大，幕墙试件层间位移角呈现非线性增大现象。与此同时，试验过程中幕墙面板、连接件和支承构件均未发生损坏，满足工程抗震设计要求。     

液化侧扩流场地桩基动力反应振动台试验数值模拟

针对已完成的振动台试验,采用OpenSees数值模拟计算平台,建立液化侧扩流场地群桩振动台试验数值模型。该模型中,采用线弹性梁柱单元模拟桩和挡墙,采用刚性连接单元和零长度单元模拟桩-土界面。自由水体通过施加节点孔压和节点力模拟。引入多屈服面塑性本构模拟饱和砂层,采用两相完全耦合的u—p形式模拟土体位移和孔压。通过对比振动台试验结果表明,建立的有限元数值模型能够可靠地再现砂层和桩基的动力响应,进而验证数值模型的可靠性。同时,针对两个代表性时刻,分析了桩-土体系的侧向变形响应。所采用的分析方法和相关结论也为同类桩-土体系数值模拟提供一般性分析方法和思路。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明:振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。     

多层立交隧道复杂节点结构地震响应特性分析

以南京某工程的多层交叉节点结构大型振动台试验为基础,基于ABAQUS有限元软件,采用一致粘弹性边界模拟土体的边界条件,建立考虑土-节点结构动力相互作用的三维有限元模型,分析各试验工况下的结构及土体的地震响应,与试验结果进行对比,验证模型的正确性,在此基础上,分析原型结构的地震响应特性。结果表明:数值模拟结果与振动台模型试验的结果基本一致;多层立交隧道节点结构的破坏程度与其埋深密切相关,埋深越大破坏程度相对减小,多层立交隧道节点结构的薄弱环节主要集中在板与侧墙、中墙的交界处,且结构的地震动特性在很大程度上受周围土体的性质的影响。     

地铁隧道地震反应数值模拟与试验的对比分析

根据可液化土层上土-地铁隧道结构动力相互作用大型振动台模型试验结果，以软件ABAQUS为平台，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，建立了土-地铁区间隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型。对各种试验工况下地基土-地铁隧道结构体系的地震反应进行了数值模拟，并与试验结果进行了对比。结果表明：数值模拟与振动台模型试验结果基本一致，呈现出相似的规律性，相互验证了基于ABAQUS软件的力学建模和振动台试验结果的正确性。     

场地⁃隧道⁃地上建筑结构体系地震响应的振动台试验∗

在土体?结构体系动力响应研究中，输入地震动特性是必须考虑的关键因素。分别考虑地震动的频谱特性差异和速度脉冲特征，选取了两条不同类型的地震动加速度记录及一条人工合成地震动时程作为输入地震动，设计并开展了隧道与地上建筑结构体系模型的振动台试验，基于试验数据分析了地震动频谱与速度脉冲特性对隧道与地上建筑结构动力响应的影响。结果表明：场地?隧道?地上结构体系地震响应中，隧道与地上结构的相互作用效应显著，地上结构的存在对地下隧道地震响应的较高频响成分有更显著的影响；相互作用效应显著地受到场地输入地震动频谱特性的影响；输入地震动的速度脉冲特性对隧道响应的影响主要表现在较高频范围，而对地上结构响应的影响不只表现在较高频范围，对周期 1.0~2.0 的频率范围的响应也具有明显增大作用。     

人体动力特性振动台试验研究

随着社会发展和经济水平的提高,人们对于生产、生活的环境质量要求也不断提升,因而环境振动已越来越多的引起了社会的关注,为了研究环境振动对人体的影响,需要了解人体动力特性和在振动环境下的响应。对20名受试者以站、坐、躺姿进行了水平两向输入白噪声的振动台试验,测得人体头、肩、腹、上肢、下肢五个部位的振动响应,通过对人体各部分振动频率与身高、体重、年龄的关系分析,给出了人体频率分布规律。     

地铁隧道-地层动力相互作用模型试验参数设计

以西安地铁2号线为研究原型,根据模型试验相似准则,设计了列车荷载作用下地裂缝-地铁隧道-地层动力相互作用试验模型。根据试验需求及场地条件,确定采用模型试验箱进行试验,模型试验箱考虑了地铁隧道与地裂缝的不同交角,可以分别模拟地铁隧道与地裂缝呈90°正交、60°斜交、30°斜交的情况,同时,试验采用激振器模拟了不同频率的车辆振动荷载。根据相似原理,合理确定了几何参数、地铁隧道及围岩材料参数、动力加载方式及动力试验参数,以期通过模型试验来研究地铁隧道-地裂缝-地层在列车振动荷载作用下的动力响应规律,为列车振动控制措施研究提供参考。     

基于人体动力学模型钢楼梯振动舒适度及其控制研究

基于人体动力学模型研究钢楼梯人致振动舒适度问题,并利用TMD对其振动进行控制。采用移动质量-弹簧-阻尼的单自由度体系模拟人体动力学模型,将模型施加在钢楼梯有限元模型上,运用完全时程方法得到钢楼梯在人-结构动力相互作用下的动力响应,并对比分析不考虑人-结构动力相互作用时的动力响应,以峰值加速度为指标评估该楼梯的振动舒适度;对振动过大的钢楼梯,采用3种不同优化模型的TMD进行振动控制。结果表明:行人步频的倍频与结构自振频率相近时,考虑人-结构动力相互作用时结构加速度峰值多则会减小20%以上;3种不同优化模型的TMD都能够有效减小楼梯的振动响应,建议优先选用Warburton参数优化模型。     

220kV变压器⁃套管体系抗震性能的数值模拟分析∗

为了进行高压变压器-套管体系抗震性能的数值模拟分析，并进行高压变压器-套管体系地震动模拟振动台试验方案的初步设计，针对OSSZ11-240 000/220 型变压器，采用ABAQUS 软件建立了变压器-套管体系的有限元分析模型，模拟了其自振特性和关键部位地震响应。在模拟结果的基础上，分析了变压器油箱顶板刚度对套管抗震性能的影响、套管根部的动力放大系数、以及套管地震响应的特点等。结果表明： ①变压器油箱顶板刚度较低会降低套管的自振频率，放大其地震响应，同时，油箱顶板上多个套管间的动力相互作用会改变其地震响应；②高压套管根部的动力放大系数最高达5.17，远大于规范推荐值；③缩尺模型与原模型模态和动力分析结果的对比验证了缩尺模型的合理性。建立的有限元方法可用于高压变压器—套管体系抗震性能的数值仿真分析、以及制定高压变压器—套管体系地震动模拟振动台试验的初步方案。     

变频规则波输入下直斜群桩动力响应对比试验研究

通过对2×2直斜群桩结构进行振动台模型相似比设计,围绕不同频率正弦波输入下的非液化砂土与饱和砂土中群桩-承台-上部结构体系开展横向动力响应特性试验研究。结果表明:①在输入相同频率正弦波情况下,无论是直桩群还是斜桩群,其位于饱和砂土中的动力响应放大倍数均大于相应非液化砂土工况下的放大系数,且直群桩的横向动力响应比斜群桩动力响应更显著;②随着输入波频率的增加,各试验工况的承台结构动力反应系数均有所增长,直桩群和斜桩群在饱和砂土工况中的加速度和位移的放大倍数增长较非液化砂土工况明显,直群桩比斜群桩增长显著。     

可液化土层对土⁃地下结构地震反应的振动台试验设计∗

液化区域与结构的相对位置和液化场地产生的大位移,对地下结构的动力响应存在很大的影响。基于此,采用振动台试验,针对目前地铁区间隧道建设中常见的单层双跨断面形式结构,开展了一系列振动台试验。系统阐述了本次大型振动台试验中方案设计相关内容,包括相似关系设计、地基土制备、结构模型制备、防水处理、试验测试技术与传感器布置、试验工况设置等,并对液化场地自由场工况的地基土地震反应进行分析。结果表明：本次系列试验设计方案可以形成较好的液化宏观试验现象;模型箱的边界效应较小;相同地震动峰值条件下 Kobe 波和北京人工波作用时,土体产生的剪切变形最大,名山波作用下土体产生的剪切变形最小。试验设计思路和前期试验结果可以为振动台后期试验的顺利展开做好准备工作。     

场地土-群桩基础-结构体系动力响应研究——大型振动台系列试验方案设计

以饱和砂土液化后场地失效模式特征与场地失效时群桩基础地震反应破坏机理为研究目的,依托中国建筑科学研究院大型模拟地震振动台系统,开展可液化场地、非液化场地在水平地震动激励下桩-土-结构动力相互作用动力体系大型振动台系列试验。基于本次系列试验研究对象以及试验目的,阐述了系列试验中动力模型体系相似比设计的基本原则、地基的制备、模型结构制作、各个种类传感器的选择与布设、输入地震记录的选取与工况安排等内容,介绍了阵列式位移计、非接触式位移动态采集系统等新型传感测试设备,并对所采用的层状单向剪切模型土箱设计合理性与科学性进行了验证。由之后的试验结果可知,本次系列试验设计方案是合理、可靠的,层状剪切模型箱的"模型箱效应"很小。     

超高层筒体结构模型振动台地震破坏试验研究

就超高层筒体结构在地震作用下的动力特性与破坏反应,对一个1∶50比例的超高层建筑模型进行了微震、强震直至破坏的振动台试验研究。试验通过满足弹性—重力相似条件得到原型结构在地震作用下的动力特性与破坏现象。结果表明,结构的横向二阶以上及竖向一阶振动对结构的抗震安全性起控制作用,结构中上部是抗震薄弱部位,试验破坏现象与实际震害吻合。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

对称斜群桩侧向动力响应及p-y曲线规律对比试验研究

通过电磁式振动台试验方法,根据相似比理论设计制作对称四直桩和对称四斜桩模型,进行饱和砂土中直斜群桩侧向动力响应试验研究。台面输入加速度峰值为0.15g的正弦波,其频率大小分别为1.5Hz、3Hz和6Hz,以对比分析在不同频率正弦波输入下的斜群桩侧向动力响应特性和p-y滞回曲线规律。试验研究结果表明:(1)在不同频率输入下,通过对比承台加速度和位移峰值大小,对称四斜桩能有效减小桩身的侧向动力响应,在抵抗水平地震作用方面效果要好于四直桩模型;(2)饱和砂土的液化速度与输入正弦波频率成正相关;(3)孔压上升初期p-y滞回曲线不规则,包围面积较小;孔压快速上升周期的p-y滞回曲线近乎椭圆形,包围面积增加,滞回耗能变大,桩土相对位移的正负变化体现了桩土互推的作用过程;(4)土样中接近土表面位置处的p-y滞回曲线的面积略大于较深处点,说明靠近土表位置处的桩土相互作用耗能更加显著。     

强震作用下钢筋混凝土灯塔结构破坏模式研究

为研究某灯塔结构在地震作用下的破坏模式,以该结构缩比振动台试验为背景,对结构试验模型进行有限元建模,利用扩展有限元方法模拟其在不同罕遇地震作用下的动力反应。将数值模拟结果与振动台试验结果进行对比,验证该方法的可靠性,并进一步分析了该灯塔结构在地震作用下的破坏模式。数值模拟和振动台试验结果均表明,该灯塔结构变截面段外墙与圆筒的连接部位是主要的应力集中部位,因竖向受拉首先产生破坏裂缝。随着地震动强度的增加,结构上部会发展出新的水平裂缝,最终呈现出水平成层开裂的破坏模式。