大型渡槽结构动力学研究进展

大型渡槽是灌区生命线工程中的关键性建筑物,其在地震及风载作用下的安全性已是渡槽建设的瓶劲,也是国内外研究的热点。渡槽结构的抗震、减震和抗风技术的核心是渡槽结构动力学的问题,而渡槽结构动力学系属流固耦合(FSI)系统的动力学范畴。在已有研究的基础上,首先对渡槽结构FSI系统模型的研究进行了总结和评述;然后简述了渡槽结构动力特性和响应的求解技术以及抗震、隔震、减震与抗风技术的研究概况;最后总结了渡槽结构动力学的研究进展,提出了该学科进一步研究的内容和方法。     

大型渡槽结构动力学研究进展(2010-2019)

渡槽是跨流域调水、输水工程的关键性架空建筑物,其动力性能的理解与应用关系到调水工程的"安全,经济、适用和美观"。系统梳理和总结近十年内大型渡槽结构动力学的研究进展,为渡槽工程下一个10年的发展提供学术与实践方向。在过去的10年里,考虑水体与槽体间的相互作用进行渡槽结构系统的动力学分析及抗震(风)设计,已取得共识。系列研究厘清了槽体与水体的相互作用机理及槽内动水压力的特点,并在槽内水体晃动的等效模型上取得了重要成果,这些成果促进了水工建筑物抗震规范的完善与实施;另外已有学者就土-桩-渡槽结构动力相互作用做了系列研究,表明在进行渡槽结构动力学研究时,有必要考虑土-桩-结构的相互作用;渡槽结构与桥梁类似,学者们从桥梁抗震的多点地震输入问题考虑,研究了多点地震输入对渡槽结构地震反应的影响,认为大跨度渡槽结构应考虑地震波的多点输入;系列研究表明,隔震、消能减震及结构控制方法已在渡槽动力学研究与实践中展开,且可有效的提高渡槽结构体系的整体抗震性能。同时,基于工程结构的被动,半主动,主动控制以及动力学可靠度理论已在渡槽工程中渐露曙光。未来,大型渡槽结构动力学的研究将趋向于系统防灾和智能控制。     

钢框架结构地震响应与破坏过程的耐震时程分析

耐震时程法(ETM)是一种基于动力时程的结构抗震分析方法,其典型表征在于随着持续时间的增加,地震动强度逐渐增大。本文合成了基于中国抗震反应谱的耐震时程曲线,并以此作为输入,对一个8层3跨钢框架结构的抗震性能进行了分析和评估。采用增量动力分析方法(IDA)对结构在不同耐震持时下的整体响应进行了评估;以大震下天然地震动分析结果为标准,对比了结构在耐震时程曲线(ETA)作用下的塑性铰分布概率、形成顺序和延性分布。研究结果表明:耐震时程法能较好地预测钢框架结构的非线性动力响应及破坏过程,且分析次数少,这为钢框架结构的抗震性能快速分析与评估提供了一种新的手段。     

南水北调中线工程渡槽的综合防洪风险分析

远距离输水工程沿途往往要跨越众多河系,交叉建筑物极易受到洪水的冲击,这就需要对其防洪风险给出定量的评估。以可靠度理论为基础,根据渠道所穿越的各条河流的水文、气象、地质、工程结构的随机特征给出了引水工程交叉建筑物的综合防洪风险计算方法;并以南水北调中线工程河北省段3座渡槽为例对该方法进行了验证。结果表明:南水北调中线工程河北省段渡槽的综合防洪风险小于万分之一。     

拟动力试验方法的发展与展望

结构抗震试验是模拟地震作用、分析掌握地震机制及结构抗震性能的有效方法。对拟动力试验技术的研究现状和进展进行了概括总结,分析探讨了拟动力试验特别是基于子结构技术试验的逐步积分方法、加载控制方式、误差分析、拟动力子结构试验、实时子结构试验、远程协同拟动力试验、混合子结构拟动力试验等关键技术,对比分析了拟动力试验技术与其他试验方法的差异,以及拟动力试验技术中基于子结构技术各试验方法间的区别和特点,并进一步阐述了各种拟动力试验的现存问题、应用前景,指出了需要进一步研究的方向。     

耐震时程法在高墩刚构桥抗震分析中的应用

耐震时程法是一种新的基于时域的动力弹塑性抗震分析方法,与其他抗震方法相比,耐震时程法在大型复杂结构非线性分析时极具优势。以一座典型高墩刚构桥为例,介绍了耐震时程法的概念、基于桥梁抗震规范反应谱的耐震时程波生成方法及其在桥梁抗震分析中的应用,并且提出了符合高墩桥梁实际的计算Park-Ang损伤指数加权系数的方法。结果表明:耐震时程法预测柔性桥梁结构地震响应是合理的,宏观上表现为传统非线性分析响应的均值;耐震时程法分析时输入结构的能量与中等持时的天然波能量相比偏大,评估桥梁地震损伤时较为保守;耐震时程法用于设计初期桥梁方案比选时,只需1次非线性分析即可高效评估不同桥型抗震性能。     

生命线工程网络抗震拓扑优化研究

介绍了基于连通可靠度分析的生命线工程网络和基于功能可靠度分析的供水管网抗震拓扑优化分析方法。以管网造价为优化目标,管网拓扑结构为优化参数,抗震连通可靠度为约束,建立了基于连通可靠度分析的生命线工程网络抗震拓扑优化模型。对于这样一个组合优化问题,采用现代优化算法-遗传算法来进行求解可以获得造价低且满足管网抗震可靠度要求的最优网络。改用抗震功能可靠度为约束,可以建立基于功能可靠度分析的供水管网的抗震拓扑优化模型,这一问题可以采用模拟退火算法来进行求解,实例分析表明模拟退火算法具有很好的效果。最后,利用模拟退火算法,对四川省都江堰市、绵竹市和德阳市供水管网进行了抗震拓扑优化改造分析,给出了三个城市供水管网的恢复重建方案。     

黄土地基抗震处理技术研究进展与展望∗

通过对国内外黄土地基抗震处理技术研究历史和现状的介绍,分析不同黄土地基抗震处理方法的物理化学机制及其研究的主要不足,并根据地基处理研究的最新进展,结合黄土地基抗震设计的任务需求,探讨未来黄土地基抗震处理技术的研究方向.通过对现有研究和相关领域前沿性科学问题的总结发现:(1)不同黄土地基抗震处理方法的内在机制均主要针对黄土内的架空孔隙和弱胶结等特殊不良结构,通过增加土体密实度和土骨架结构强度,提高地基的抗震性能;(2)现有黄土地基抗震改良方法中,针对强夯法、挤密桩法的研究和应用较为完备,而在黄土地基设计中防灾目标的统一性、复杂应力及外营力条件下改良黄土的动力特性、新型环保加固材料在黄土地基抗震处理中的应用、黄土地基抗震处理技术的标准化等方面存在较大不足;(3)微生物环保固化技术在黄土地基抗震处理中的应用、改良黄土地基地震动效应特征及动力条件下的土—结相互作用、基于性能的黄土地基抗震处理技术及其标准化应是今后黄土地基抗震处理领域可能取得突破的研究方向.     

淮安枢纽立交地涵结构抗震分析

针对淮安立交地涵空间薄壁结构的受力特点，采用高精度六面体8结点非协调单元，建立了有际元模型，模拟了结构的布置形式和细部特征。考虑到闸室、地涵 和地基的相互作用，导出了可用于闸墙、闸室、渡槽的动水压力附加质量统一算式。计算了结构的自振特性，分析了Ⅶ度地震作用时的动力反应。研究方法和研究成果可供立交地涵和其综同类结构的抗震分析和设计参考。     

巨-子结构控制体系地震易损性分析

提出了一种基于性能的巨-子结构控制体系的地震易损性分析方法。定义了巨-子结构控制体系的4个极限状态,提出了基于巨-子结构控制体系极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。通过考虑近场与远场地震动的不确定性,采用增量动力分析(IDA)对比分析了传统巨-子结构抗震体系和巨-子结构控制体系在近、远场地震作用下的地震易损性,并得到了两者的易损性曲线,给出了巨-子结构控制体系的破坏概率。所得结果可供地震灾害的巨-子结构控制体系损伤评估参考。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。     

流场状态对渡槽槽体结构风载体形系数的影响

对矩形和U形渡槽槽体在均匀流场和湍流场中各取不同的高宽比进行了风洞试验,分别测量了槽内有水和无水两种情况下槽体各个部位的风压系数,进而算得了渡槽结构的风载体型系数.试验结果表明,湍流对渡槽槽体结构风载体形系数有显著影响,研究成果可为渡槽结构的抗风设计提供参考依据.     

某渡槽拟动力试验的数值模拟分析

对某渡槽结构的拟动力试验模型进行了有限元分析,对比了数值计算和实验结果。首先简要介绍了某渡槽结构的拟动力试验,然后给出了数值模拟的计算模型,对不同类型的地震波在不同峰值条件下的墩身、桩体位移进行了比较,结果表明,有限元计算结果与拟动力试验结果的峰值和变化趋势比较接近,在一定程度上证明了该实验的合理性。     

均质土坝非平稳随机地震反应分析

考虑地震荷载的随机性及强度、频率的非平稳性,基于作者提出的适用于非平稳随机过程的一般随机地震动模型,采用虚拟激励法,建立了非平稳随机地震反应分析方法,并将其应用于某实际均质土坝动力分析中。土石坝及坝基体系采用整体有限元离散,坝体和坝基材料的动力非线性性能以等效线性化方法考虑。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息,确定了作为输入的加速度时—频演变功率谱密度;其次,比较了确定性时程动力分析和非平稳随机分析的结果,探讨了频率非平稳随机地震激励下的土石坝地震反应特性;最后,比较了2种不同坝基条件下的土石坝非平稳随机地震反应,探讨了频率非平稳随机激励下的土石—坝基动力相互作用。分析结果表明:地震动的频率非平稳性对土石坝动力反应有一定影响;坝体—坝基动力相互作用在地震过程中的不同阶段表现有所不同,主震阶段的相互作用显著。     

高层建筑弹塑性地震反应分析的状态递归法

本文将状态递归法与Newmark-β法和Wilson-θ法结合用于高层建筑非线性地震反应分析,给出了时程分析的状态递归方程及求解方法。 算例表明本文方法具有节省计算机内存、计算效率高、计算结果可靠等优点,是一种便于使用微型计算机解算高层建筑非线性地震反应分析的方法。     

砼强度的声速-衰减系数差值综合检测法

通过初步的理论分析,将一般的砼强度的声速－衰减系数综合检测法演变为声速－衰减系数差值综合检测法,对比试验证明该法较简单的Ｒ（Ｖ）法有明显的优点,从而使得该法由实验室研究走向现场应用成为可能。     

中国地震应急二级分区的初步研究

在已有地震应急宏观分区研究的基础上,首先讨论了进一步开展地震应急次级分区的意义及其分区方案的多样性;然后提取“政治经济强辐射中心、少数民族聚居区、贫困人口聚居区、侨乡、大型工业危险源”等5方面社会经济因素在不同县域内的10种主要组合类型作为区划指标,采取“自下而上归并”的区划途径,进行了中国地震应急二级分区研究。结果表明,在将我国大陆划分为8个地震应急一级大区的基础上,从社会经济角度又可大致划分出19个二级区;二级区的划分进一步揭示了不同地区开展地震应急工作时应注意的一些较具体的社会经济问题及其空间配置特点;两级分区的结合从“宏观概括”和“中观具体”两个层次示范了地震应急分区研究的基本内容。     

高密度电阻率法在排石场稳定性评价中的应用

简述了高密度电阻率法的工作原理。在将高密度电阻率法实际应用于排石场的稳定性评价中时,根据各种装置的特点和T、λ参数对高低电阻率的表征特性,进行了多装置及多参数的探测。通过对各二维反演视电阻率成果图的综合对比和解释,划分出了存在地质隐患的区段。经钻孔验证,效果很好。结果表明通过高密度电阻率法多装置、多参数勘探,可以确定地下介质的电阻率及其电阻率特征,进而对排石场的稳定性做出评价,对同类地质情况的监测、预警,也是行之有效的。     

基于重力加载比例法的岩质边坡稳定性分析

根据岩质边坡的稳定性主要由边坡内部的结构面所控制的特点,采用有限元重力加载比例法对含有一组平行节理面和含两组节理面的岩质边坡进行数值模拟,分析表明:与强度折减法相比,采用有限元重力加载比例法能更加快速地计算出岩质边坡的安全系数,节省计算耗时和人工干预的工作量,并能通过塑性应变的发展分析其破坏过程,确定潜在的滑动面。