基于多点地震动输入条件下的土质边坡地震反应分析

地震工程中地震反应分析一般都假设研究目标与外部介质接触面各个点上地震动参数是完全一致的,即单点输入。但地震波能量、振幅等在传播过程中存在一定的衰减和散射现象,故边坡与外部介质接触面不同输入点上的运动不完全一致,在大尺度范围内考虑单点输入的情况与实际有一定的偏差,故需要进行多点输入方面的研究工作。以二维土质边坡模型为例,分别进行单点输入和多点输入,考虑其土层地震反应、塑性区分布、安全系数等特征,分析比较其异同,从而更好的为边坡抗震设计提供借鉴。结果表明,在土层地震反应分析方面,对同一监测点,多点输入下的加速度输出峰值、速度输出峰值均大于单点输入下的峰值,峰值出现的时间也早于单点;在塑性分布区方面,多点效应表现为发生了更明显的拉剪破坏现象;在安全系数方面,每一时刻多点输入下的安全系数均小于单点输入下的安全系数,相差约7%。综上所述,在大尺度范围内,考虑多点输入比单点输入更为合理和符合实际情况,故在抗震设计时应该考虑多点输入。     

多点激励下结构抗震可靠度分析的反应谱方法

既有的多点激励反应谱方法均只能给出结构地震峰值反应的均值,而不能给出峰值反应的标准差,从而无法进行合理的结构抗震可靠性分析。本文首先介绍了一种多点激励下结构随机地震反应分析的简化反应谱方法,在此基础上,发展了基于多点激励反应谱理论的结构抗震可靠度计算方法。以一两绔连续梁为例,通过Monte Carlo模拟对这一方法进行了验证。计算结果表明,本文建议的可靠度分析方法具有良好的精度。     

老山自行车馆多点输入下地震响应及强度破坏分析

采用时程分析法分别对奥运会老山自行车馆进行了多点和一致输入下的弹塑性地震响应和强度破坏分析。首先对两种输入方式下的结构响应进行了系统的对比,然后通过对极限加速度峰值、最大节点位移时程、塑性杆件数量和分布及网壳破坏形态等重要参数的统计、分析和归纳,剖析了奥运会老山自行车馆在多点输入和一致输入下的地震响应规律和强度破坏机理。研究表明,在强震作用下,多点输入下支承附近区域的杆件应力大于一致输入,这提示我们应注意该区域杆件的设计;无论是多点输入还是一致输入,结构强度破坏的位移模式都是溢出型;多点输入下结构的塑性开展更为充分,内力更为均匀。     

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。     

近场脉冲型地震作用下上承式拱桥损伤模式研究

为了研究近场脉冲型地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的损伤模式,采用OpenSEES建立了某实际上承式箱板拱桥的全桥模型,根据N-M相关曲线和能力需求比分别研究了主拱圈与拱上立柱的抗震性能,并基于动力增量分析(IDA)对桥梁的损伤模式进行探讨。研究表明:在纵、横向地震输入下,拱圈的最大弯矩响应均出现在拱脚;当地震沿纵向输入时,较矮拱上立柱的剪力响应较大,而当地震沿横向输入时,拱上立柱将产生双向剪力,且较高立柱的横向剪力大于纵向,较矮立柱的纵向剪力大于横向;主拱圈的潜在抗震薄弱环节是拱脚,且其纵向抗震性能弱于横向;拱上立柱纵向抗震性能优于横向,靠近拱顶的立柱最先发生破坏,且以剪切破坏为主;较高的拱上立柱易发生横向剪切破坏,而较矮的拱上立柱易发生纵向剪切破坏。损伤分析表明,钢筋混凝土上承式拱桥在近场脉冲型地震作用下拱上建筑会先于主拱圈发生损伤。     

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。     

地震作用下土⁃结构相互作用的简化时程分析∗

基于黏弹性边界和将场地地震反应转化为等效荷载的有限元直接法是目前进行土?结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。该方法具有严格的理论基础且计算精度较高,但在商业有限元软件中施加黏弹性边界和由场地反应确定的等效地震荷载时,需要使用者编制程序书写命令流文件。本文建议一种动力时程简化分析模型, 即计算模型侧边界采用滚轴或绑定边界、底边界强制自由场反应。首先基于一维等效线性化场地反应分析软件 EERA,明确了分别给定岩石地表记录、基岩记录和场地地表记录条件下,正确实现场地反应分析的做法,表明在相同地震下三种分析能够得到相同的场地反应结果;然后给出动力时程简化分析过程;最后通过一层两跨地铁车站的地震分析,表明该方法具有较高精度,满足工程需求。     

非对称超高层连体结构多点输入地震响应研究

非对称超高层连体结构属于一种复杂的高层结构,受力特点与单塔结构差别较大,当连体跨度较大时,两个塔楼底部地震动的差异性可能导致不同的地震响应结果。本文通过对"东方之门"这一超高层连体结构进行不同工况下的多点地震输入分析,研究了地震波的相位差、振动方向以及传播方向对连体结构地震响应的影响。结论表明,非对称连体结构在多点输入下的地震响应和两塔楼本身刚度差异大小、地震波相位差以及传播方向密切相关,通过合理调整塔楼刚度,可以有效减小结构在实际地震中的扭转效应。     

滑移隔震结构非线性反应的动力相似性研究

滑移隔震结构地震反应的分析和计算可通过滑移隔震结构非线性反应谱进行简化。由于非线性体系不能采用叠加原理,参数较多,所建立的非线性反应谱比较繁琐。本文通过对滑移隔震体系地震反应方程的变换,研究了滑移隔震体系地震反应中的动力相似关系。研究表明,滑移隔震体系虽然不符合叠加原理,但通过其中的动力相似关系,任何输入幅值下滑移隔震结构的任何反应都可由某一固定输入幅值下隔震结构相应反应经修正得到,理论上这种修正是不含任何误差的。利用该动力相似关系,滑移隔震结构体系非线性反应谱可得到极大简化。     

大跨度斜拉拱桥地震响应分析

以湘潭市在建的一种新颖钢管混凝土拱桥——斜拉钢管混凝土拱组合桥梁为研究对象,通过大型有限元软件建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法对其进行了模态求解,得到并分析了结构的动力特性。在此基础上分别运用反应谱法和时程反应法分析了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,采用了5条实际记录地震波,讨论其主要结构形式、不同的地震波、各种场地以及各参数对地震反应的影响和规律。研究结果表明,大跨度斜拉钢管混凝土拱桥横向稳定性突出,整体抗震性能较好,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

输水隧道在行波激励下的三维地震反应分析

随着大规模调水工程的建设,穿越软土地区的浅埋输水隧道的抗震性能的重要性愈加突出,这就涉及到地震动的输入问题。而对于空间尺度很大的大型输水隧道,地震动输入的空间变化特性即多点输入对输水隧道的地震响应产生重要的影响。所以在考虑了衬砌-水体-围岩的相互作用的同时,还考虑了地震波有限波速传播所引起的行波效应及不同地震动激励方向对三维输水隧道的地震动的影响。结果表明:与地震动一致输入相比,行波效应将对输水隧道的地震响应产生不利的影响。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

特征参数对单自由度结构随机临界地震响应影响的研究

结构物受地震作用的动力分析法可分为两大类,一类是确定性分析方法,另一类是概率性分析方法。随机临界地震响应分析法作为概率性分析法的一种,是指在地震激励均方值已知的条件下,找出使响应方差最大的临界地震激励。本文针对一单自由度水塔结构,在平稳高斯过程地震动输入下,运用随机地震响应分析法,求解了随机临界地震响应,并分析了控制临界地震激励的平均零穿越率的参数P、结构阻尼比、正交函数系的选择和项数等对体系随机临界地震响应的影响,得到一些有益的结论,对实际工程的运用具有一定的指导价值。     

基于反应谱法的多点激励下桥梁结构抗震可靠性分析

基于随机振动理论,利用多点非一致地震力激励理论方法,分析了大跨度桥梁结构的抗震可靠度反应谱计算方法,并且给出结构峰值反应的均值、标准差计算公式,克服了既有设计方法不能给出标准差而无法直接进行可靠性分析的缺点,并利用简化后的复杂参数分析方法,在保证数据准确性的同时提高了计算效率。最后,以一刚构桥为例,对多点激励下桥梁结构抗震可靠度反应谱法加以计算,并与一致激励下的结果相比较,从而说明本文方法的可靠性。     

考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明:流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Mori-son方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark-β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明:按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12.5%。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。