超高层混合结构增量动力分析的地震动强度指标

在进行超高层结构设计时，地震动强度指标是指导结构抗震设计的重要依据，对结构的安全至关重要，但目前并没有统一的结论，因此，对超高层结构进行地震动强度指标的研究具有重要意义。在综述建筑结构增量动力分析地震动强度指标有效性研究现状的基础上，提出适用于超高层建筑结构增量动力分析的地震动强度指标S_a%，地震动强度指标S_a%是考虑结构前a%振型质量参与系数的自振周期所对应谱加速度的几何平均值；为了验证地震动强度指标S_a%的有效性，以实际超高层为例，使用PERFORM-3D弹塑性分析软件建立非线性模型并进行增量动力分析，根据各种地震动强度指标的θ_max和V_max结果进行离散性分析，发现地震动强度指标S_a%用于超高层结构增量动力分析时能有效减少θ_max和V_max数据的离散性，从而提高计算数据的有效性，为实际超高层结构的应用提供参考。     

基于矢量地震动强度参数的隧道结构易损性分析

基于矢量地震动强度参数,对软土浅埋隧道进行地震易损性分析。开展大量土体隧道结构动力非线性有限元计算,利用计算结果,对15个地震动强度参数(IMs)与隧道破坏指标(DI)进行对数线性拟合回归,并采用有效性、实用性和效益性3个指标对不同IMs进行合理性分析。研究发现,峰值加速度(PGA)是最优IM,其次是峰值速度(PGV)和加速度谱强度(ASI)。根据揭示的最优IM(即PGA)建立基于标量IM的隧道地震易损性曲线,利用合理地震动强度参数中PGA和ASI建立基于矢量IMs的隧道地震易损性曲面,并与上述地震易损性曲线进行对比。结果表明:采用标量IM的地震易损性分析不能表达第2个地震动强度参数IM对隧道抗震性能的影响,所建立的基于矢量IMs的易损性曲面能更精准地评价盾构隧道的抗震性能。     

武汉与重庆典型地质结构下的地埋管换热性能

地埋管地源热泵换热器的换热性能受到不同地质结构的影响。以武汉和重庆地区的典型地质构成为边界条件,建立了三维地埋管的单孔双U管换热模型,通过模型计算,获得了两种地质条件下的地埋管换热性能,以重庆地区的地源热泵热响应测试结果以及工程运行数据出发,对模型的计算结果进行了验证,结果表明,模型吻合度较好,可以应用于工程分析。以模型为条件,进行地质结构对换热性能的影响度分析,预测了两地地埋管地源热泵的换热性能并计算得到换热器的平均换热系数分别为武汉地区K₁=1.65（W/m·K）,重庆地区K₂=1.51（W/m·K）。     

隧道洞口软硬围岩交接段地震响应大型振动台模型试验研究

为提高强震区交通隧道洞口段的地震安全性和结构抗震性能,以汶川地震白云顶隧道进口段为研究背景,开展了隧道洞口软硬围岩交接段地震响应的大型振动台模型试验研究。介绍了试验方案设计,主要包括试验设备、相似设计、动力荷载、动力特性及加载制度。对试验数据进行了分析,主要研究了隧道洞口软硬围岩交接段由硬岩向软岩方向发展过程中隧道结构地震动峰值加速度（PGA）、纵向应变、接触应力及结构内力的空间变化规律。研究结果表明：隧道洞口软硬围岩交接段由硬岩向软岩方向发展,隧道结构PGA放大系数由1.04增大至1.68,纵向应变增加倍数由1.09增大至4.29,接触应力增加倍数由6.34增大至32.16,安全系数最小值减小百分比由26.18%增大至53.48%;随着受软岩影响的增大,作用于隧道结构的地震惯性力和强制位移不断增加,致使结构安全性不断降低。研究成果可为高烈度地震区交通隧道抗震设防设计提供参考。     

西安地区风险导向地震动参数的确定

为实现一致倒塌风险,对风险导向地震动参数进行了研究．首先,基于ArcGIS Engine平台,采用离散算法对西安地区的计算控制点进行了概率地震危险性分析;然后,根据地震危险性分析得到的年超越概率曲线,考虑结构的地震易损性,基于地震动决策参数已有的研究成果,通过风险积分得到了各计算控制点的风险导向巨震、大震、中震的地震动参数PGA_RV、PGA_RM、PGA_RD,并计算了风险系数R_c（风险导向大震的地震动强度与大震对应地震动强度之比）以及风险导向巨震、风险导向大震与风险导向中震地震动参数的比例关系K₁、K₂;最后,分别取结构易损性对数标准差βR为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0,通过参数影响分析研究了βR对PGA_RM、R_c、K₁和K₂的影响．研究结果表明:倒塌概率并不会随着极罕遇地震对应地震动强度的增加而增加;PGA_RM、R_c、K₁和K₂都随着βR的增加而增加;βR越大,对PGA_RM和R_c的影响越大,对K₁和K₂的影响不变;K₁和K₂比PGA_RM和R_c对βR敏感,K₁对βR最敏感．本文得到的西安地区的风险导向地震动参数可以为抗震设计提供参考．     

基于扩展有限元的混凝土三点弯曲梁断裂性能数值模拟研究

基于扩展有限元法,模拟了不同宽度混凝土三点弯曲梁的断裂破坏过程,得到了荷载-裂缝口位移曲线;对不同宽度、缝高比、跨高比的三点弯曲梁断裂过程进行模拟并利用双K断裂准则得出了不同宽度、缝高比、跨高比等条件下的应力强度因子,研究了这三种参数的变化对应力强度因子的影响。研究结果表明:当跨高比、缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm范围内变化时,其起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un基本保持不变;当梁宽不变,跨高比等于4,缝高比从0.2增大到0.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un呈现先增大后减小的趋势;当梁宽不变,缝高比等于0.4,跨高比从2.5增大到3.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ保持不变,失稳断裂韧度K_Ic^un将逐渐增大但幅度很小;当跨高比不变,缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm的范围内变化时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un均呈现先增大后减小的趋势,表明小跨高比的K_Icⁱⁿⁱ、K_Ic^un在梁宽度方向存在一定的尺寸效应。     

近断层脉冲型地震动作用下高墩连续刚构桥振动台试验研究

为了研究近断层脉冲型地震动对高墩连续刚构桥抗震性能的影响,以某典型高墩连续刚构桥为原型,设计制作了该桥的1/15缩尺试验模型,利用多子台模拟地震动振动台台阵系统,完成了远场地震动和近断层地震动输入下的对比试验,重点探讨了近断层地震动速度脉冲效应及脉冲个数的影响.研究结果表明:高墩连续刚构桥纵向和横向一阶频率均较小,结构地震响应主要以低频成分为主;近断层脉冲型地震动作用下模型桥的地震响应均大于远场地震动作用下模型桥地震响应的2倍,而近断层无脉冲地震动下模型桥的动力响应略小于远场地震动输入时模型桥的动力响应,为其0.76～0.95;速度脉冲效应使高柔的高墩连续刚构桥主梁瞬时产生较大位移响应(最大值为54.8 mm),极易引起主梁端部碰撞和支座破坏,在抗震设计上应引起重视;速度脉冲个数对高墩连续刚构桥地震响应的影响显著,墩顶位移响应脉冲个数影响系数AF_w为1.46～5.54,其中,多脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应最大,单脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应次之,而双脉冲型地震动引起的结构响应相对较小.因此,对靠近断层区域的此类桥梁,应考虑近断层地震动速度脉冲效应及其参数变化的影响.     

长周期地震动脉冲特性对RC框架结构响应的影响研究

建立远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动的简化等效模型,以某12层RC框架结构为例,分析研究长周期地震动脉冲特性对结构地震响应的影响.结果表明:结构上部的层间剪力均随脉冲周期的增大而减小,脉冲周期对结构下部楼层剪力的影响规律不明显;楼层位移随脉冲周期的增大而增大;最大层间位移角所在楼层位置随脉冲周期的增大趋于下移;在远场类谐和地震动作用下的结构最大位移响应大于相同脉冲周期下的其他两种长周期地震动;结构最大层间位移角随远场类谐和地震动脉冲持时的增大而趋于增大,但其所在楼层位置不变.     

新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降分析

相比直线线路盾构施工,新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂,且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段,结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解,考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响,计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解;第2阶段,将土体竖向位移视为位移荷载,施加在既有隧道上,基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论,构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程,运用有限差分法对方程降阶并求解。最后,与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性,并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明：新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性,最大沉降位置位于弯道内侧1～2 m处,与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R₀会增加既有隧道沉降,弯道内侧沉降增速大于弯道外侧,一般要求R₀不小于300 m;当R₀大于600 m时,可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降,沉降增加速度也随D′的增大而增大,但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Z_c会减少既有隧道沉降。     

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程,引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（P_s=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律,利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而递增,P_s小于10%时,λ呈线性递增,P_s大于10%时,λ增长缓慢;随着水泥掺量P_s的增大,胶结钙质砂中孔隙数量越来越少,孔隙占比下降明显,但P_s增大到10%后,总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓;不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系,本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙,降低了其孔隙率,改善了砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量P_s的增大而增大。     

考虑桥墩轴力变化影响的刚构桥近场地震反应

为了分析刚构桥梁顺桥向近场地震反应特性,通过对远场地震时程叠加三角函数拟合速度脉冲的方法模拟近场地震动,根据纤维及塑性铰2种计算模型在近场地震作用下弹塑性地震反应计算结果讨论地震动脉冲对中等规模刚构桥梁地震反应的影响.结果表明,刚构桥梁在地震作用下桥墩轴力变化较大,采用纤维模型计算时桥墩地震反应较大|近场脉冲型地震激励下,桥梁地震反应与脉冲持时有关,短周期脉冲对本桥地震反应影响较大.采用叠加速度脉冲的方法模拟近场地震是可行的方法.     

近断层速度脉冲对隧洞工程动力响应的影响规律

基于近断层速度脉冲与相位差谱的统计规律,提出一种脉冲型地震动人工合成方法,该方法能够确保合成地震波时域与频域的非平稳性。在此基础上,依托巴基斯坦N-J水电站,采用数值仿真方法研究方向性效应速度脉冲对引水隧洞的影响。结果表明:低频速度脉冲更接近围岩的自振频率,能够显著提高衬砌的内力,具有较强的破坏性。在近断层隧洞等地下工程的抗震设计中需要考虑断层的速度脉冲分量。     

Performance of viscous fluid dampers coupling adjacent inelastic structures under near-fault earthquakes

The behavior of viscous fluid damper applied in coupling structures subjected to near-fault earthquake was studied. The structural nonlinearity was characterized by Bouc-Wen model and several near-fault ground motions were simulated by the combination of a recorded earthquake (background ground motion) with equivalent velocity pulses that possess near-fault features. Extensive parametric studies were carried out to find the appropriate damping coefficient. Performances of viscous fluid dampers were demonstrated by the relationship between the force and displacement, the maximal damper force and stroke. The control performances were demonstrated in terms of the response reductions of adjacent structures. The results show that the dynamic responses of adjacent structures are mitigated greatly. Proper damping coefficients of connecting fluid dampers have a small difference, while adjacent structures under different near-fault ground motions with the same peak acceleration. The maximum force of damper is about 0.8 MN, and the maximum damper stroke is about ±550 mm. Satisfied viscous fluid dampers can be produced according to the current manufacturing skills.     

脉冲型地震动作用下大跨输煤栈桥的动力响应

为研究近断层脉冲效应对火力发电厂钢结构输煤栈桥地震响应的影响,以某典型输煤栈桥结构为研究对象,采用基于能量的脉冲地震动识别方法,选取9条不同脉冲周期的近断层脉冲型地震动,利用标准脉冲数学模型的方法,剔除所选地震动中的脉冲成分,从而获得相应的9条非脉冲地震动。在此基础上,采用动力时程分析方法,对比脉冲地震动与非脉冲地震动对该典型输煤栈桥结构地震响应的影响。研究结果表明：脉冲型地震动会对输煤栈桥的地震响应产生显著影响,特别是脉冲周期与结构自振周期接近时,三向输入时脉冲效应对输煤栈桥结构响应的放大作用最明显,其最大放大系数为2.1;在脉冲型地震作用下,输煤栈桥的柱顶水平位移为弹塑性位移限值的1.36倍,将产生超出预期的严重破坏,其钢桁架跨中挠度为正常使用限值的2.97倍,将会严重影响结构的适用性及附属设备的安全。因此,在对近断层区域内的输煤栈桥结构进行抗震设计时,有必要考虑脉冲效应和地震动多维性对结构地震响应的影响,否则将低估结构的动力响应。     

脉冲型地震下竖向不规则重力柱-核心筒结构的 弹塑性地震响应

研究了速度脉冲型地震作用和结构竖向不规则双重不利条件对结构弹塑性地震反应的影响。设计了20层和30层的新型重力柱-核心筒典型结构,通过改变底层刚度得到一系列竖向不规则结构。分别选取10条速度脉冲和10条非速度脉冲地震记录,采用CANNY软件对竖向不规则重力柱-核心筒结构进行弹塑性动力时程分析,研究速度脉冲效应和竖向不规则对结构弹塑性地震响应的影响规律。结果表明,速度脉冲地震下结构层间剪力、层间位移和倾覆力矩均明显高于非速度脉冲地震下的对应值;竖向不规则对结构弹塑性抗震需求影响显著,层间位移角随着竖向不规则比率的减小而增大,层间剪力和倾覆力矩则呈略微减小的变化趋势。建议在新型重力柱-核心筒结构设计中应考虑速度脉冲地震和结构竖向不规则的耦合影响。     

组合脉冲激励对结构的作用效应

对地震作用下结构破坏的特征及强震记录进行分析,指出对脉冲型地震动中主震脉冲的作用效应进行研究的必要性;利用三角脉冲作为强震主脉冲的理论简化,给出双三角脉冲作用下单自由度弹性体系的动力反应解析解;采用研究反应谱变化规律的方法,分析两类脉冲组合即:波前脉冲组合以及波后脉冲组合,总结归纳出波前脉冲与波后脉冲对主脉冲作用效应的不同贡献规律,为进一步研究揭示脉冲型地震动中主脉冲的破坏能力奠定了基础.     

隧道掌子面前后方围岩爆破振动及精准控制研究

依托某大跨高速公路隧道工程，通过监测隧道下台阶爆破过程中围岩振动响应，对比分析了掌子面前后方围岩的振速和频谱特征；采用数值模拟方法，研究了不同围岩级别的掌子面前后方围岩爆破振速衰减规律。结果表明：掌子面前方围岩振速V_Z>V_X>V_Y，掌子面后方围岩振速V_X>V_Y>V_Z；掌子面前方Z向振速显著大于后方，而后方X、Y向振速显著大于前方，前后方振动特征差异的主要原因是爆源与测点的空间距离、传播介质及边界条件的不同所引起。由于掌子面后方已开挖隧洞空气层的减振效应，导致爆破地震波在后方传播过程中发生绕射和折射，使得后方围岩的合成振速要显著小于前方且衰减更加迅速，后方围岩的振动主频要显著低于掌子面前方，且后方频谱带宽窄于前方。拟合得到不同围岩级别的掌子面前后方围岩振速预测公式，并提出考虑空气减振系数的围岩爆破振速预测公式。根据隧道掌子面与下穿的既有管线的前后位置关系，分别运用前后方围岩爆破振速预测公式计算出前后方安全药量，实现了隧道穿越管线前后全过程的精准爆破振动控制，同时又极大提高施工效率。     

基于EMD的长周期地震动分量提取方法

在实际地震记录形成过程中存在高、低频成分地震波的叠加,地震动高、低频成分的组成是地震动反应谱特征的重要反映。采用数字滤波技术,以加速度反应谱平均周期2 s为截止周期,结合经验模态分解,提取2 s以上的本征模态函数及残值重构并基线校正后作为长周期分量,其余本征模态函数重组为短周期分量;通过原地震动与分量的相关性、反应谱的离散性对提取方法的有效性进行验证,并与既有方法进行对比。结果表明：该长周期地震动分量提取方法能较好地提取出在长周期和短周期部分与原地震动具有较好的相关性、地震反应谱离散性较小的长、短周期分量,且较好地反映原地震动的谱特征,在长周期地震动分量提取中具有更好的适应性。