地震作用下深水矩形空心桥墩振动特性分析

基于流固耦合的有限元计算方法,针对水位、水域(内、外)和横隔板这三个因素对深水矩形空心桥墩的自振特性和在地震作用下的动力响应进行了研究,结果表明:水域减小了墩体自振频率,增大了墩顶位移和墩顶加速度等,并随着库区水位的抬升,这一影响愈大;内域水体对桥墩低阶模态自振频率降低显著,外域水体对高阶模态自振频率降低较显著,内、外域水体对墩顶位移和墩顶加速度影响程度接近;有水体时横隔板对桥墩的自振频率降低很大,对墩顶位移和墩顶加速度影响甚微。该研究对优化深水矩形空心桥墩的抗震措施具有重要意义和工程价值。     

交叉隧道在不同夹层土体厚度下的地震响应分析

基于FLAC3D软件,采用数值模拟的方法,对在不同夹层土体厚度及不同峰值加速度情况下,交叉隧道的地震动力响应进行研究,得出了交叉隧道结构的地震动力响应规律。结果表明:上层隧道的相对水平位移差明显大于下层隧道的相对水平位移差。上层隧道地震应力反应大于下层隧道的地震应力反应。随着夹层土体厚度的增大,衬砌结构的加速度、位移和应力略有变化但总体变化不大,并得出0.5 D～2 D(D为隧道外径)的厚度为较理想的夹层土体厚度,此时加速度、位移和应力总体较其它偏于安全。此结论为穿越既有隧道的交叉隧道工程选线和穿越深度提供重要的理论参考依据。     

不同星箭分离方式下整星冲击环境特征分析

目的研究不同星箭分离方式下卫星的冲击环境特征。方法分析采用点源、线源和组合源火工装置完成星箭分离的卫星整星级冲击试验中不同位置测点加速度的实测值,研究其时域谱、频域谱和冲击响应谱特征,对不同星箭分离方式下整星冲击环境特点进行总结。结果三种分离方式下单位长度冲击响应的衰减率均在60%~70%之间。从频谱特点上来说,点源引起的冲击响应频率成分最为丰富,线源和组合源的功率谱分布相对集中。结论不同星箭分离方式下整星的冲击环境有一定的区别,在进行卫星抗冲击设计时,应考虑分离方式的不同。     

地震作用下弧形抗滑桩加固边坡的动力响应及稳定性分析

基于弧形结构在抗压承载方面的优势,以九寨沟某边坡实际工程为依托,研究地震作用下不同弧形排布形式的抗滑桩加固边坡的动力响应特性和边坡的稳定性。结果表明:边坡坡面各监测点的X向水平位移均随着地震加速度幅值的增加而增大;弧形排布抗滑桩能承担并分担边坡土体下滑力,使边坡整体水平位移减小,有效地限制边坡上方土体的滑移,减少地震作用下边坡发生失稳的风险;对边坡位移的约束作用上,表现为:弧形排布抗滑桩直杆排布抗滑桩反向弧形排布抗滑桩;不同边坡坡面位置处的地震加速度均随着边坡高程的增加而增大,呈现出一定的放大效应,且这种放大效应随着边坡高程的增加而越来越明显;汶川地震波(0.3 g)作用下弧形排布抗滑桩连系梁和汶川地震波(0.2 g)作用下反向弧形排布抗滑桩连系梁的混凝土已经出现拉裂,无法满足结构抗震承载能力的要求,对此需进行结构尺寸的调整。     

埋深及间距对近接并行隧道地震响应的影响研究

利用FLAC有限差分程序,模拟在近场强震作用下双孔并行地铁隧道的地震响应。分析其相对位移差峰值、水平向加速度峰值、水平向应力峰值随埋深及隧道间距径比变化而变化的特性。结果表明:埋深对与隧道的相对位移差、水平加速度及水平应力有显著影响,且随埋深增加显著增大;而距径比影响不明显,只有在距径比等于1时,隧道相对位移差出现峰值。     

典型单建式人防工程地震反应分析

以北京市某典型单建式人防工程为研究对象,利用MIDAS GTS NX有限元建模,开展土-结构相互作用三维非线性地震反应分析。结果表明：随着输入地震动幅值的增大,结构峰值加速度随墙高逐渐增大;结构的层间相对位移随地震动强度的增大而进一步增大,最大层间位移角在规范要求范围内;对于典型单建式人防工程结构而言,中柱的内力反应最大,是结构抗震的薄弱环节。分析内容揭示了单建式人防工程在地震作用下的反应规律,研究结果为工程的抗震性能评估和抗震设计提供参考。     

生态加筋土高挡墙数值计算与分析

以某机场生态加筋高挡墙为例,采用ADINA有限元软件建立模型,模拟加筋土挡墙的施工加载过程,从应力、应变、塑性区分布和破裂面形式等角度对比分析加筋与不加筋高挡墙,结果表明:生态加筋能够有效限制挡土墙的侧向变形,但对挡墙整体竖向沉降的较小作用较不明显;加筋还可以使挡土墙内应力分布更均匀,避免应力集中或突变;台阶式加筋土高挡墙的潜在破裂面形式与0.3H破裂面存在较大差异;加筋使挡土墙内塑性区减小,有效地抑制了挡土墙塑性区的发展贯通。     

板壳结构在声振联合试验下的振动响应耦合分析

目的 研究具有工程实践意义的板壳组合结构在声振联合作用下的响应预测方法。方法 在噪声试验、振动试验和声振联合试验响应曲线的基础上,分析板壳组合结构在噪声和振动同时激励下的响应耦合规律,并根据噪声试验和振动试验的响应极值包络法,来预测在声振联合试验作用下板壳结构的响应分布。结果 声振联合试验响应曲线近似于噪声试验和振动试验的最大值包络线,噪声的面激励和随机振动的基础激励在不同的频率范围内对结构响应起着主要影响。试验件的噪声试验和振动试验响应曲线在给定的频率点出现相交,小于交越频率的声振联合试验响应与振动试验高度吻合,高于交越频率的响应则以噪声试验为主。结论 在工程实际中,可以直接利用振动试验和噪声试验的响应数据对声振联合试验的响应进行预测。由于交越频率难以事先获得,因此响应叠加法在实践中更易于实现。     

右江地震带潜在震源区空间分布函数不确定性对地震危险性的影响

以右江地震带中部4个潜在震源区为例,利用综合概率地震危险性分析方法,研究了潜在震源区空间分布函数值的不确定性对50年超越概率63%、10%、2%水准下自由基岩地震动峰值加速度(PGA)的影响程度和范围,揭示了不同震级档空间分布函数对50年超越概率63%、10%、2%水准下地震动峰值加速度的影响规律,为工程场地地震危险性分析结果的综合选取提供借鉴,有助于提高右江地震带工程场地地震危险性分析结果的可靠性。     

须弥山石窟5号窟窟檐的地震动力响应模拟

受自然环境的影响,宁夏须弥山石窟5号窟窟檐周边岩体风化严重,构造裂隙和卸荷裂隙发育,岩体的力学性质变差,直接威胁石窟窟檐和大佛的安全。为研究须弥山石窟5号窟窟檐的地震动力响应,根据现场勘察和倾斜摄影数据,建立了须弥山石窟5号窟的三维实体数值模型,并利用通用有限元软件ABAQUS对石窟造像及窟檐的地震动力响应进行了数值模拟计算,重点分析了石窟窟檐整体在地震作用下的应力场和位移场,进而利用应力等值线图结合现场调查判断了石窟窟檐整体可能产生的破坏模式。结果表明：在静力条件下,石窟窟檐局部产生应力集中,位移及应变都较小;在极端地震荷载作用下,石窟窟檐整体发生较大的不均匀沉降和滑动,威胁大佛的安全;石窟窟檐上的最大主应力和最小主应力数值都较大,石窟窟檐整体的破坏模式为拉张-倾倒破坏;在地震荷载作用下,地震波在混凝土中经过折射、反射、叠加,导致石窟窟檐中部的加速度放大系数比窟檐两侧的大,且石窟窟檐左侧的加速度放大系数大于右侧。该研究结果可为须弥山石窟5号窟窟檐加固设计提供科学依据。     

OMEGA算法在导弹振动工程中的应用

目的研究位移、速度和加速度谱之间的转换关系,给出三者功率谱密度之间的转换公式,进而用于导弹运输振动环境的设计。同时,研究加速度信号转换为振动位移的方法,并应用于导弹舱内单机设备安全间隙的设计。方法利用OMEGA算法,首先将加速度传感器测得的加速度时域信号转换成加速度频域信号,随后将加速度谱转换成位移谱,并计算位移谱中每个谱线对应的幅值、相位和圆频率,最后将各位移分量简单叠加得到振动位移的时间历程。结果采用该方法计算了高速公路上导弹的运输振动位移功率谱,并得到垂向、横向和纵向的峰-峰位移分别为3.32,0.46,2.14 mm。同时,计算了飞行环境下导弹舱内单机设备的振动位移,与所测得位移在幅值上相当,时域曲线形态一致。结论该方法能够很好地应用于导弹振动工程设计。     

船舶撞击下10 MW单桩基础风机动力响应特性分析

目的 探究风机在遭遇船舶撞击时的动力响应,以及不同工况下的失效模式。方法 采用 SACS 软件,建立DTU 10MW单桩基础风机的动力分析模型,并利用p-y曲线模拟桩土相互作用,计算不同撞击速度、撞击角度、风载方向作用下海上风机的动态响应,探究风机在停机工况和运行工况下的失效模式。结果 风机受风载作用时,最大机舱加速度和塔顶最大位移分别较无风载时增加了8.5%、68.1%。以5 000 t撞击船为例,风机在停机状态下,撞击速度超过2.13 m/s时,风机面临因机舱故障而引发的失效;风机在运行状态下,撞击速度超过1.88 m/s时,风机面临因挠度超过最大允许值而引发的失效。结论 有、无风载时,机舱加速度响应的差异不明显,而有风载时的塔顶位移较无风载时增长明显。根据风机在停机工况和运行工况下的失效模式,提出了相应的船舶撞击速度临界值。     

基于应变模态方法的飞机蒙皮分布动载荷识别

目的解决飞机蒙皮分布动态载荷确定的工程实际问题。方法将基于广义正交多项式的复杂分布动载荷识别技术与应变模态理论相结合,建立利用有限个测点的应变响应和结构应变频响函数作为已知参数的飞机蒙皮分布动载荷识别模型。利用Nastran软件,以某型飞机机身中段外蒙皮为例,分别采用位移模态方法和应变模态方法进行了70、80、90、100 Hz下的蒙皮分布动载荷识别,并进行对比分析。结果以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法,在各计算频率下均具有较好的识别精度,最大识别误差为8.9%,能够满足工程应用。在各识别频率下,采用应变方法识别过程中的积分矩阵条件数小于位移方法。在100 Hz识别频率下增加3%随机误差干扰后,位移识别方法最大误差为19.4%,采用应变方法的载荷识别最大误差为9.8%。结论相比于传统的采用位移模态的载荷识别方法,以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法具有更好的数值稳定性,对于解决结构共振频率附近频响函数矩阵奇异性问题具有很好的应用价值。     

典型结构振动-加速度综合环境试验研究

目的研究多种典型结构在振动-加速度综合环境下的响应规律,证明开展振动-加速度综合环境试验的必要性。方法采用试验研究的方法,对比单一振动环境和振动-加速度综合环境下典型结构响应特征的差异。结果试验结果表明,振动-加速度综合环境下结构表现出的响应特征可能会与单一振动环境下的完全不同。结论振动-加速度综合环境更加接近产品的真实使用环境,综合环境试验能够发现单一环境无法暴露的问题,在产品研制中的作用无可替代。     

水泥土挡墙内置管桩在软土地区基坑支护中的应用研究

水泥土挡墙因内置管桩使墙体刚度提高,应用于软土地区基坑支护中综合性价比高。研究了水泥土挡墙内置管桩支护体系的理论计算方法。根据管桩内置于水泥土挡墙的不同形式,给出水泥土挡墙内置管桩支护体系不同平面布置形式,并通过力学计算得出每种平面布置形式的单元等效刚度;在分析水泥土挡墙内置管桩支护结构的内力、变形及基坑抗隆起稳定性的基础上,确定了管桩入土深度,并考虑土体水力条件确定了水泥土挡墙入土深度;依据加管区与非加管区交界面上所承受的剪力应满足水泥土抗剪强度的要求,确定了管桩的间距,给出了管桩与水泥土挡墙的承载力计算公式;经过数值分析,得出水泥土挡墙管桩前置较管桩后置支护结构最大位移、最大剪力偏小,最大弯矩偏大,且桩间距越小,桩身位移及内力越小。最后将研究成果应用于某基坑支护方案计算中,并将桩顶位移监测值与数值分析结果进行对比,两者吻合度较好,验证了本文计算方法的可靠性。     

近断层地震动作用下工程结构地震响应的研究进展

介绍和概括了近年来国内外学者对近断层地震动作用下工程结构的地震响应问题的研究成果,以及近断层地震动作用下建筑结构、桥梁结构和地下结构动力响应的研究现状,并对当前近断层工程结构地震响应的相关研究进行探讨和展望。由于结构形式、受力荷载等不同,各类结构的地震响应也是不同的,但总体来说,工程结构对近断层地震动的响应是显著增大的。现阶段,近断层地震动作用下建筑结构及桥梁结构地震响应问题的研究工作开展的比较多,对于地下工程的研究相对较少,未来应着重关注对此方面的研究。     

泥石流块石冲击下钢绞线网组合结构的动力响应模拟研究

针对泥石流块石冲击荷载作用下灾害的防治问题,引入钢绞线网组合结构,并利用ANSYS/LS-DYNA对不同冲击物在不同的冲击点位置、冲击物速度和冲击物质量条件下钢绞线网组合结构对泥石流块石冲击的动力响应进行数值模拟。结果表明:①冲击物在不同的冲击点位置,钢绞线网组合结构的冲击力峰值不同,同一冲击高度,钢绞线网组合结构中间点处的冲击力峰值比两侧点要小;随着冲击高度的增加,钢绞线网组合结构的冲击力峰值减小;②在低速度冲击过程中,钢绞线网组合结构中钢绞线未断裂,结构的冲击能量守恒,在高速度冲击时,钢绞线网组合结构冲击点处横向钢绞线比竖向钢绞线的塑性应变和轴向力更早达到最大,横向钢绞线先发生断裂;③钢绞线网组合结构冲击点处位移峰值分析显示,随着冲击物速度和冲击物质量的增加,钢绞线网组合结构的位移峰值增加,但位移增幅降低。     

填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析

山地城镇建设经常在沟谷地段建造高陡挡墙，墙后填土的固结沉降易诱发地下管涵破损渗漏，在强降雨导致的高水压条件下会产生管涌破坏，进而威胁高陡挡墙的整体稳定，是较为典型的岩土灾害。以福州软件园某高陡挡墙渗漏与管涌灾害事件为例，首先采用地质雷达探测了扶壁式挡墙填土区的地层扰动和地下脱空特征，应用CCTV检测技术揭示了墙后填土区地下管涵的破损和堵塞规律，分析了台风“卢碧”强降雨期间扶壁式挡墙坡脚两次发生管涵泥沙管涌和挡土墙壁承压泄水的灾害现象，开展了旱季天然工况、雨季排水工况和台风暴雨工况条件下高陡挡墙稳定性分析，分析了填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙失稳破坏的机制，并对极端条件下高陡挡墙的稳定性进行了分析与预测。结果表明：旱季天然工况下该高陡挡墙拥有一定的安全储备，雨季排水工况下高陡挡墙安全储备逐渐降低，但仍满足规范的设计要求，而台风暴雨工况下其安全储备已低于规范的设计要求；在台风暴雨驱动下填土沉降—管涵渗漏—承压管涌破坏是该高陡挡墙失稳破坏的机制。该研究成果可为类似工程建设规划设计及长期运维管理提供参考。     

考虑螺栓断裂的固体导弹水平跌落安全性分析

目的 通过数值仿真分析水平跌落条件下的固体导弹安全性。方法 基于LS-DYNA进行全弹水平跌落仿真计算,通过位移和加速度的实验测量值进行模型校核。重点分析螺栓断裂对结果的影响,对比螺栓在不同建模方法、不同断裂数量下的仿真结果。基于经过校核的全弹模型,计算含能材料的应力场。结果 不同建模方法中,螺栓连接法的加速度峰值计算精度最高;不同工况之中,三部段工况下的螺栓断裂数量与实际一致,且加速度峰值计算精度最高。根据精度最高的仿真模型计算出的全弹应力响应,战斗部与发动机装药内部最大Von Mises应力均小于反应阈值。结论 螺栓连接的建模方法和断裂数量对于全弹位移、加速度的计算精度具有显著影响。采用螺栓连接法建模的三部段工况仿真模型最为可靠。基于可靠模型的含能材料应力场计算结果表明,全弹6 m水平跌落不会直接引起战斗部、发动机装药反应。     

基于随机有限断层法的泸定6.8级地震强地面运动场重建

基于随机有限断层法开展泸定6.8级地震强地震动模拟,并通过实际强震记录校核,重建了泸定地震的强地面运动场。结果表明：(1)震中距80km以内,大部分模拟峰值地面加速度值与实际值较为接近,峰值地面加速度差值最小为0.58gal;(2)与低频段相比,高频段加速度反应谱的模拟效果较好,与实际反应谱的吻合度更高;(3)模拟峰值地面加速度(PGA)、峰值地面速度(PGV)、谱烈度(SI)及仪器地震烈度(I_I)的最大值分别为433gal、30cm/s、34cm/s、8.5,除I_I的模拟结果未展现Ⅸ度区外,各地震动参数均沿断层延伸方向呈对称分布,且在宏观形态上与地震烈度图的相似性较强;(4)与实际地震烈度图相比,重建的强地面运动场可有效预估地震烈度Ⅶ～Ⅸ度区的分布范围。作为合理确定地震动输入的一种途径,研究结果不仅可为泸定地区的抗震设防工作提供技术支撑,也可为特定地震强地震动(高频)的快速模拟提供参考。