长期循环温度下能源桩‑土热传播特性研究∗

开展了桩长 52.5 m、桩径 1.05 m 的能源桩?土热传导离心模型试验,揭示了三十个周期的冷热循环温度作用下能源桩?土传热规律,基于 ABAQUS 有限元数值模拟,建立了桩周土体温度场长期数值计算模型,并将其与离心模型试验结果进行了对比验证。结果表明：各循环温度区间变化模拟值与实测值整体波动具有很好的一致性,各周期内最大相对误差为 5.6%,整体误差较小,验证了模型的合理性;长期冷热循环温度作用下,能源桩整体运行效率存在降低趋势;桩端土体的温度变化滞后于桩体中部区域土体,因此在进行能源桩内管道布设时可以考虑桩端部分区域内适当加密,提高能源桩的换热性能;热循环阶段,模拟值变温区峰值高于实测变温区峰值,而在冷循环末期,模拟值较小,且距桩不同距离位置处实测值相对应的变温时间区间,相较模拟值变温区间均存在一定程度的后延,且循环周期越多时间区间后延效应越明显。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

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。     

近海高速铁路桥梁时变地震易损性分析∗

为研究近海环境下耐久性损伤对高速铁路桥梁地震易损性的影响,通过建立高速铁路多跨刚构桥 OpenS? EES 非线性有限元模型,考虑近海环境下高速铁路桥梁服役年限内钢筋锈蚀及其与混凝土黏结滑移性能退化,基于 IDA 方法进行非线性时程分析,确定桥梁各构件损伤指标并建立其时变地震易损性曲线;基于二阶界限法,考虑各构件相关性,进行高速铁路桥梁系统时变地震易损性分析。结果表明：全寿命周期内,近海高速铁路桥梁系统时变地震易损性随服役年限延长而增大,轻微损伤的超越概率随服役时间变化明显;随着损伤加剧,各状态的超越概率随服役时间延长变化减小;以服役 100 年为例,高速铁路桥梁系统在 8 度罕遇地震作用下发生轻微损伤、中等损伤 、严重损伤及完全破坏的超越概率分别为 97.5%、91.6%、21.5%、1.4%,分别比新建时增大了 5.3%、15.1%、 11.1%、1%。     

近场地震作用下库区深水钢筋混凝土高墩地震易损性分析∗

为研究近场地震作用下库区深水钢筋混凝土高墩的概率损伤特性,以90 m高的矩形空心薄壁钢筋混凝土深水高墩为研究对象,综合考虑桥墩设计参数和近场地震动的随机性,基于OpenSees软件建立深水高墩有限元模型,开展不同水深的7种工况(水深:0、15、30、45、60、75、90 m)下,顺桥向和横桥向近场地震激励的增量动力非线性分析。以截面临界曲率值为损伤指标,研究深水高墩的易损性。结果表明:各工况下,轻微损伤、中等损伤和严重损伤阶段的损伤概率均随地震波峰值加速度的增加而增大,并且当峰值加速度达到1.0g时损伤概率达到最大,而完全损伤阶段的损伤概率则在峰值加速度为0.5g时出现峰值点;近场地震顺桥向激励时,墩身中上部和墩底区域均较容易损伤,而横桥向激励时仅墩底区域较容易损伤;当水深超过45 m后,高墩最大损伤概率变化不大且截面曲率概率需求基本一致,45 m水深为深水高墩显著水深。因此,应重点分析水深达到高墩高度一半时深水高墩的损伤情况。     

基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析∗

高桩码头岸坡稳定性对整体码头结构安全至关重要。为进一步探究高桩码头岸坡土体强度参数相关性及空间变异性对高桩码头岸坡可靠性的影响规律,基于 Copula 理论考虑岸坡土体参数的联合概率分布特性,采用 PLAXIS 计算平台建立高桩码头?岸坡体系数值计算模型,进一步通过 Python API 接口,编译完成了可自动数据交互与求解的外挂子程序 SAPW,并实现了高桩码头岸坡体系参数化前处理、样本工况计算和可靠性求解的一体化、 全链条可靠性分析框架流程,并在此基础之上结合蒙特卡罗模拟方法,开展了相关数值计算与参数化分析,探讨了黏聚力、内摩擦角变异系数以及二者相关系数对高桩码头岸坡可靠性的影响规律。结果表明：在高桩码头设计与分析中,忽略土体参数相关性和空间变异性会高估岸坡失效概率,进而导致相关可靠度分析偏于保守,在高桩码头岸坡可靠度分析中宜采用多种 Copula 函数进行综合考虑。     

主余震作用下典型六层RC框架结构易损性分析∗

为研究 RC 框架结构在主余震作用下的易损性,以一典型六层 RC 框架结构为例,基于增量动力分析法和易损性分析,进行不同主余震作用下 RC 框架结构不同性能状态下超越概率的对比分析。选取 10 条满足场地条件的地震记录作为输入,分别以反应谱加速度为强度指标（IM）、最大层间位移角为损伤指标（DM）,对 IDA 曲线簇进行分位分析。依据地震强度指标建立概率地震需求模型,并根据已定义的结构性能水准对框架结构进行易损性分析。 结果表明：双向地震和主余震作用相对于单向主震作用都会增加结构的易损性指数;结构在遭遇地震强度 S_a（ T₁, 5%）=0.5g 时,余震造成易损性指数的上限值、平均值和下限值分别增幅 6.3%、8.5%、11.5%;双向地震相对于单向地震造成易损性指数的上限值、平均值和下限值分别增幅 15.5%、20.1%、32.5%。     

动水压力和PSI对深水高墩桥梁抗震性能的影响∗

以我国西部地区某库区一深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑动水压力、桩-土相互作用以及二者联合作用的影响,确定了六类不同的分析工况,利用OpenSEES源代码分析平台分别建立有限元模型,通过输入两组空间地震波进行非线性时程分析,讨论了动水压力和桩-土相互作用对深水高墩大跨桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明,考虑动水压力和桩-土相互作用会降低高墩大跨桥梁的振动频率,且二者的影响主要体现在下部结构振型参与率较高的高阶模态;动水压力效应会增加高墩在地震作用下的动力响应,但桩-土相互作用对非线性分析结果的影响没有明显的规律;同时考虑动水压力和桩-土相互作用时,深水高墩桥梁的地震响应并不是简单的相互促进或相互抵消,而与地震动的大小、频谱特性等相关;强地震作用下桥梁结构的桩顶水平位移较大时,抗震设计中更适合采用"p—y曲线"法模拟桩-土相互作用效应。     

基于IDA方法的柱承式筒仓结构地震易损性分析∗

易损性分析是柱承式筒仓结构开展基于性能设计研究的重要基础。为此,选用某钢筋混凝土柱承式筒仓为研究对象,通过有限元软件 ABAQUS,分别采用混凝土损伤塑性模型和理想弹塑性模型（Dracker-Prager）模拟筒仓结构及仓内粮食颗粒,建立考虑粮食-仓体相互作用的柱承式筒仓非线性有限元模型。根据增量动力分析法 （IDA）,按照谱相容性原则选取 10 条地震动记录,分别以最大层间位移角和地面峰值加速度作为筒仓结构工程需求参数和地震动强度参数,进行空仓、半仓、满仓三种储粮工况的柱承式筒仓结构地震易损性分析以及地震损伤风险评估。结果表明：（1）三种储粮工况下柱承式筒仓结构最大层间位移角均发生在柱顶位置,支承柱进入塑性状态的层间位移角分别为 0.015、0.013、0.011 rad;（2）储粮质量大小是决定柱承式筒仓结构损伤刚度退化的重要因素; （3）三种储粮工况下的柱承式筒仓结构均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标;（4）满仓工况筒仓 50 年超越倒塌极限状态的概率为 0.45%,小于 FEMA P750 中定义的 50 年倒塌风险的限值 1%。研究成果可为筒仓结构基于性能的设计研究及抗震性能评估提供依据。     

被动桩-土相互作用的简化分析

首先简要地分析了地面堆载作用下处于被动状态下的桩及桩侧土的反应,基于桩和土的变形协调条件,确定了桩侧土压力表达式。在此基础上,建立了桩身挠曲的控制微分方程,并联合采用非线性p y关系曲线与有限差分法进行求解。通过算例分析,验证了所建议分析方法的合理性和实用性。最后对影响被动桩—土相互作用体系工作性能的各种因素进行了系统的对比计算与分析。     

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。     

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。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析

运用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,进行了考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥地震反应分析。考虑混凝土、土介质和悬索材料的非线性与考虑材料线弹性的计算结果比较表明,考虑材料非线性情况时,由于进入塑性阶段后的能量耗散,内力比考虑线性情况时小;而进入塑性阶段后,结构刚度变小,运动量要比考虑线性情况时大。     

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉(Aribitrary Lagrange-Euler,ALE)描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应(Fluid-structure interaction,FSI)的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明:流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

近断层地震动下预制拼装桥墩桥梁结构碰撞响应分析∗

为研究近断层地震下预制拼装桥墩桥梁结构的碰撞响应及影响碰撞的参数,基于 OpenSees 有限元分析软件,建立一座五跨预制拼装桥墩桥梁分析模型,选取 8 组近断层脉冲型地震动对桥梁进行非线性动力时程分析;探究了碰撞效应对桥梁地震响应的影响及节段数目、节段长度、初始预应力、接缝刚度等参数对桥梁碰撞效应的影响。结果表明：桥梁碰撞效应可以减小桥梁震时最大位移和震后残余位移,碰撞效应可以减小下部预制拼装桥墩地震中预应力筋的最大预应力、接缝最大竖向压力,但不能改变接缝水平剪力的大小;碰撞主要发生于桥梁中部伸缩缝处,中部伸缩缝碰撞力和碰撞次数均明显大于两侧边伸缩缝;增加预制拼装桥墩的节段数目可以减小桥梁的震时最大位移,但会增大桥梁的碰撞力和碰撞次数,其中 6 个节段时主梁中缝、左边缝和右边缝最大碰撞力比 3 个节段时分别增大约 38.8%、36.5% 和 33.3%;初始预应力的大小对桥梁碰撞效应影响较小;引入的系数 δ 可以有效控制桥墩干接缝的刚度,δ 增大时桥墩接缝刚度增大,接缝张开量减小,桥墩接缝耗能能力增强,桥梁碰撞力减小。     

深水高桩嵌岩桥墩抗撞能力分析

以2007年6月15日广东九江大桥船撞倒塌事故中被撞深水高桩嵌岩桥墩为研究对象,采用更新拉格朗日列式考虑结构几何非线性,Hognestad模型和Mander模型分别模拟无约束和受约束混凝土,理想弹塑性模型模拟钢筋作用;考虑桩基和周围介质的非线性作用,采用P-Y、T-Z和Q-Z弹簧模拟计算了单个高桩桥墩的抗撞能力,揭示了...     

茅草街大桥主桥的地震反应分析

以湖南茅草街大桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该钢管混凝土系杆拱桥的三维有限元模型并对其进行模态分析,在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,探讨了主要结构参数对中承式钢管混凝土系杆拱桥地震响应的影响,可为大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论参考。     

连续刚构桥地震响应灰色关联参数敏感性分析∗

为进一步研究连续刚构桥的地震响应规律,以某连续刚构桥为例,建立了不同工况下连续刚构桥数值计算模型,充分考虑负相关因素,采用基准值误差与改进的灰色 T 型关联分析方法,以地震作用下某连续刚构桥墩顶顺桥向弯矩、墩底横桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩和跨中横桥向弯矩为评价指标,进行了地震作用下连续刚构桥灰色关联参数敏感性分析。分析结果表明：高墩墩顶顺桥向弯矩对梁底曲线幂次的变化更敏感,矮墩墩顶顺桥向弯矩对根部梁高高跨比的变化更敏感,而墩底顺桥向弯矩则对墩高比的变化更敏感;高墩墩底横桥向弯矩对跨中梁高高跨比的变化更为敏感,矮墩墩底横桥向弯矩则对根部梁高高跨比相对更敏感;主梁跨中横桥向弯矩则对跨中梁高高跨比的变化更为敏感。该敏感性分析方法,可为连续刚构桥抗震设计及防灾减灾提供一定参考。     

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。