核电站防波堤地震动力响应及破坏机理分析

结合某核电站防波堤,应用动力弹塑性分析方法,考虑结构间的动态接触作用,分析了防波堤的地震响应特性和破坏机理。通过研究双向地震作用下结构的位移响应、残余变形及塑性剪切应变等,给出了地震过程中防波堤的破坏形式,说明了竖直向地震动输入对防波堤震后沉降影响显著,并重点分析了挡浪墙最大位移响应及震后残余变形。同时分析了地震动卓越频率、地震动峰值及护坡长度参数变化对防波堤地震响应的影响规律,研究结果为防波堤设计、安全评价和抗震措施研究提供了理论基础。     

加固路基-列车耦合系统地震响应及安全性分析

以某计划铺设路基线路为研究对象,考虑黏-弹性人工边界、土壤的非线性、结构间动态接触,建立了列车-路堤-土体耦合系统有限元模型。采用Drucker-Prager材料本构,并进行修正。轮对和钢轨采用双向对称接触方式在轮对与钢轨表面间建立垂向接触对和侧向接触对,轮轨间作用力采用罚函数方法计算。提出了软土地基加固方案,对比分析了地基加固前后,列车-路堤-地基系统的地震响应;讨论了软土路基震后残余变形对列车地震脱轨安全性的影响程度及规律。计算结果表明:地基加固对地震激励下列车-轨道结构动力响应以及列车运行安全性影响显著,加固后脱轨系数、轮重减载率和车体加速度均显著减小。     

地震作用下水-轴对称柱体相互作用的子结构分析方法

针对水-轴对称柱体动力相互作用问题,提出了一种地震作用下水-结构相互作用的时域子结构分析方法。基于三维不可压缩水体的波动方程和边界条件,利用分离变量法将其转换为环向解析、竖向和径向数值的二维模型;基于比例边界有限元推导了截断边界处无限域水体的动力刚度方程,并将水体内域有限元方程和人工边界处的动水压力进行耦合,从而得到结构表面的动水压力方程;将轴对称柱体结构的有限元方程与动水压力方程耦合,从而得到水-轴对称柱体结构系统的时域有限元方程;数值算例验证该文提出的水-轴对称动力相互作用的子结构方法,结果表明:该文方法具有很高的精度和计算效率。通过对水中轴对称结构地震响应和自振频率的分析表明:地震动水压力对结构自振频率和动力响应的影响随水深的增加而增大。     

基于SBFEM的竖向地震重力坝动水压力算法研究

考虑库水的可压缩性和库底的吸收作用,在比例边界有限元方法的框架中推导并求解了在竖向激励下重力坝所受到的动水压力,实现了在地震作用下重力坝-库水相互作用的全方向求解,在频域和时域中均实现了对坝面动水压力的求解。数值算例结果表明,方法具有极高的精度,同时还发现在一定的条件下,垂直激励下动水压力响应对坝水系统存在较为重要的影响,此外,还对库水的压缩性以及库底的吸收作用对坝面的动水压力的影响也进行了研究。     

饱和砂土中直群桩及土体地震动力响应特征研究

为了更好地研究地震作用下饱和砂土中群桩及土体动力响应特征,设计了饱和砂土液化场地2×2直群桩动力响应离心机振动台试验,获得承台、土体加速度以及孔压动力时程曲线。为了更深入地分析群桩及土体地震动力响应特征并满足对比研究的需要,在试验基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比验证。结果表明:在峰值加速度0.3g El-Centro地震波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度相比较输入波明显缩小,0.3g大震作用下地基浅层加速度显著衰减,地基液化区域由浅入深逐渐发育;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展影响土体和桩基承台加速度响应,土体液化直接导致加速度数值减小;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性略有区别,数值模拟加速度地基浅层出现先放大后缩小的规律,深层土与输入波形基本一致;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验基本一致,而模拟得到的承台位移结果相较于试验偏于保守。     

水锤激励下黏弹性输流直管轴向振动响应特性

针对水箱-管道-阀门系统,基于考虑了管壁黏滞作用的输流直管轴向振动流固耦合四方程模型,利用有限差分法和隐式欧拉法,配合牛顿-拉夫逊方法,研究弹性和黏弹性管道在水锤激励下的轴向耦合振动响应特性,对比分析了泊松耦合和连接耦合对管道振动响应特性的影响,并与前人的数值结果和实验成果对比,吻合良好。结果表明:两种耦合作用对管道轴向振动影响不容忽视;只考虑泊松耦合时,管内脉动压力水头增大明显,振动加快;同时考虑泊松耦合和连接耦合时,振动更加复杂,压力水头响应曲线更加不规则;黏弹性管道与弹性管道轴向振动响应特性差别明显,黏弹性管道脉动压力水头会随时间迅速衰减,且相位较弹性管道延迟,而弹性管道脉动压力水头无衰减趋势。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析EI北大核心CSCD

为研究近断层脉冲效应和土-结构相互作用(SSI效应)对大跨斜拉桥地震响应的影响规律,以苏通大桥斜拉桥为研究对象,采用系统化的集总参数模型表征地基土的动力特性,建立了考虑SSI效应的结构动力数值计算模型,计算分析了破裂前方效应脉冲、滑冲效应脉冲和无脉冲三组近断层地震动作用下结构的地震响应。计算结果表明:相对于塔底固结模型,SSI效应降低了斜拉桥自振频率,并改变了高阶振型的产生次序;近断层地震动作用下,SSI效应可增大主塔位移响应,对其内力有削弱作用,并可降低纵桥向激励时主梁的位移和内力响应,但横桥向激励时,脉冲效应地震动作用下SSI效应明显增大了主梁的响应;脉冲效应地震动引起斜拉桥地震响应明显高于无脉冲地震动,滑冲效应主要影响纵桥向激励时主塔响应以及纵桥向(或横桥向)激励下主梁响应,破裂前方效应对横桥向激励下主塔响应影响更加显著。研究成果可为大跨斜拉桥在近断层地震动作用下的抗震设计提供借鉴。     

侧向流动地基单桩基础离心机振动台试验研究

该文在清华大学土工离心机振动台上开展了倾斜可液化地基中刚性单桩基础的试验研究, 观测了地基的加速度、位移、孔压和桩基础的弯矩等响应。研究结果显示:地震中地基浅层部分较快达到液化状态, 不同深度超静孔隙水压力的累积与消散并不相同;砂土的液化使得地基的加速度响应发生变化, 有效地过滤了地震波的部分高频段;地震过程中桩身弯矩峰值出现在浅层地基达到初始液化后, 且最大弯矩出现在桩头;倾斜地基使得桩身产生了较大的残余弯矩。由此表明在侧向流动地基中, 液化前、液化后大变形和地震后永久位移三个不同阶段桩的受力并不相同。在进行可液化地基中桩基础的研究中, 应考虑这三个不同阶段桩基础的受力要求。该研究加深了对倾斜液化地基中桩基础的地震响应的理解, 有助于进一步的揭示地震过程中可液化地基桩基础的震损机理。     

近断层脉冲型地震动作用下大跨斜拉桥地震响应分析

为研究近断层脉冲效应和土-结构相互作用(SSI效应)对大跨斜拉桥地震响应的影响规律,以苏通大桥斜拉桥为研究对象,采用系统化的集总参数模型表征地基土的动力特性,建立了考虑SSI效应的结构动力数值计算模型,计算分析了破裂前方效应脉冲、滑冲效应脉冲和无脉冲三组近断层地震动作用下结构的地震响应。计算结果表明:相对于塔底固结模型,SSI效应降低了斜拉桥自振频率,并改变了高阶振型的产生次序;近断层地震动作用下,SSI效应可增大主塔位移响应,对其内力有削弱作用,并可降低纵桥向激励时主梁的位移和内力响应,但横桥向激励时,脉冲效应地震动作用下SSI效应明显增大了主梁的响应;脉冲效应地震动引起斜拉桥地震响应明显高于无脉冲地震动,滑冲效应主要影响纵桥向激励时主塔响应以及纵桥向(或横桥向)激励下主梁响应,破裂前方效应对横桥向激励下主塔响应影响更加显著。研究成果可为大跨斜拉桥在近断层地震动作用下的抗震设计提供借鉴。     

用FE／LT方法求液固耦合动力响应

本文首先对液固耦合问题进行了Ｌａｐｌａｃｅ变换，然后给出了Ｌａｐｌａｃｅ空间的泛函和对应的变分原理，依据这个变分原理，对液固耦合系统进行有限元离散，给出有限元方程，为了提高反演的计算效率，文中采用了快速富利叶变换（ＦＦＴ）技术，最后，选用二维坝库系统的地震响应进行了试算，坝上动水压力的时程曲线与有关文献的结果进行了比较，计算结果表明本文提供的“采用有限元与Ｌａｐｌａｃｅ数值逆变变换结合求解液固耦合     

多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究

研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。     

基于标准化水平残余位移的沉入式钢圆筒防波堤抗震性能研究

根据国际航运协会《港口结构抗震设计指南》、日本港口结构震害调查结果和钢圆筒结构特点,将标准化水平残余位移作为沉入式钢圆筒防波堤的抗震性能指标,同时运用振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基防波堤的动力特性,并评估了防波堤的抗震性能。结果表明,当设计地震动为1.7 m/s2时回填砂地基防波堤处于可服役状态,设计地震动为3.2 m/s2时防波堤处于可修复状态,不满足防波堤性能等级为S的要求,建议在设计中考虑远场地震和近场地震对防波堤抗震性能的影响。振动台试验研究发现当地震波加速度峰值为3.2 m/s2时筒外回填砂由于液化导致其对防波堤的侧向力改变,防波堤试验模型发生明显的倾斜现象,建议在地基加固设计过程中重点考虑筒外回填砂。当地震波加速度峰值为1.7 m/s2和3.2 m/s2时,钢圆筒筒壁应力最大值随高度的增加均呈现减小的趋势,同时钢圆筒防波堤存在两处薄弱环节,分别位于筒底及泥面处,因此结构设计时应优先考虑。     

高速铁路客站大跨站厅结构竖向多点地震响应研究

"房桥合一"是我国高速铁路客站建造中出现的一种新型结构形式,其兼具房屋和桥梁结构特征,轨道层列车线路的通行要求决定了上部高架站厅层具有较大跨度,而站厅结构竖向抗震性能往往是确保其地震安全的重要部分。鉴于此,首先阐述了SAP2000软件中位移模型的基本计算原理,并指出其一重要误差,继而参考天津西站建立了典型大跨站厅结构模型,对比研究了竖向多点一致、考虑行波效应竖向多点非一致地震激励下典型站厅结构动力响应特征。研究表明:依据位移模型直接计算结果来获取不参与动力平衡方程的从属结构响应分量时可能存在明显误差;竖向多点非一致输入特征对高架站厅层的地震响应有着显著影响,在抗震设计和性能评估中均不可忽视此因素,同时给出了抗震设计建议。     

不同地震作用方向下混凝土核心筒基于增量动力分析的抗震性能评估

强震作用下,核心筒对混合结构发生破坏乃至倒塌有着重要影响。选择合适的地震输入,进行核心筒在双向或多向地震作用下的地震反应分析是值得深入研究的。采用动力时程分析方法,通过不同方向地震作用与单向地震作用下混凝土核心筒的地震效应对比可知,在进行结构设计时,大震作用下,斜向地震作用下的内力要明显偏大,仅考虑单向输入的水平加速度的设计结果会偏于不安全。并通过输入与Y轴45°斜向地震记录基于单条地震记录的增量动力分析方法（IDA方法）对核心筒进行抗震性能评估。结果表明,斜向地震输入对核心筒IDA曲线有一定影响,但各性能点对应的量化位移指标与Y向单条地震输入时相差不大。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。     

结构-土相互作用体系的地震作用取值——基于规范地震动模型的复模态时域法

对多自由度结构-土相互作用体系基于规范地震动模型的复模态时域法的地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程，针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况，用复模态法解耦，然后采用与新抗震规范地震动参数一致的Clough-Penzien非平稳随机地震动模型进行随机地震响应分析，获得了体系相对位移方差的时域解。从而可得等效平稳化方差及其峰值，由此便可以得到结构的地震作用取值。晟后，通过一个例子来说明结构-土相互作用体系的地震响应和地震作用取值的计算方法，同时给出了由规范的反应谱法得到的基础固定结构的各质点位移和地震作用取值。     

行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律,以某490m钢桁拱桥为研究对象,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式,有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明:行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著,从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量,行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大,若不考虑行波效应,将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比,行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大,使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著,尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加,拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大,而竖向位移拟静力分量逐渐减小,拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向,导致总位移均明显大于对应的动力位移。     

行波效应对大型水电站厂房地震响应的影响

为研究行波效应对平面尺寸较大的水电站厂房结构地震响应的影响,选取某实际厂房结构,建立三维有限元模型,借助ABAQUS有限元软件,采用振型分解时程分析法进行结构动力计算。调整Koyna水平地震波加速度峰值为0.246g作为地震荷载。结果表明行波效应影响厂房结构位移响应主要体现在动位移峰值上,波速不大时可能使动位移峰值最大减小25%;对加速度响应峰值和响应时程影响都较明显,波速较小时可能使得结构加速度峰值滞后于地震加速度峰值出现;不考虑行波效应对厂房结构设计是偏安全的。如工程所在地地震波传播速度不大,可以适当考虑行波效应,以使结构设计更趋科学合理。     

考虑土-结构相互作用的大跨度连续刚构桥振动台阵试验研究

土-结构相互作用(SSI)对软土地基上桥梁结构地震响应的影响不可忽略, 研究SSI效应对提高桥梁结构抗震安全性十分重要。通过对一座1∶10比例的三跨连续刚构桥模型的振动台阵试验, 系统分析了SSI效应对大跨度连续刚构桥地震响应的影响规律。研究表明:SSI效应使振动台台面地震动的峰值和频谱特性发生较大变化;剪切波速和上覆土层厚度是影响SSI效应的重要因素;SSI效应会增大桥梁结构的位移和应变响应, 其影响程度与地震动的频谱特性和桥梁结构-地基体系的固有特性密切相关;实时耦联动力子结构试验技术是进行桥梁结构考虑SSI效应的振动台试验的有效方法。     

土-建筑群动力相互作用的数值模拟

针对土与建筑群的动力相互作用问题,该文建立了土与结构动力相互作用研究的被研究块体模型,给出一种处理建筑群与地基动力相互作用研究的波动数值方法。该方法便于研究城市中建筑群的地震响应。数值模拟结果表明:城市中建筑群的存在会使地震地面运动响应出现长尾波现象,竖向地震作用对结构的水平地震响应影响很大。