渡槽结构考虑流固耦合的横向地震响应研究

渡槽结构是一种薄壁杆件结构,有其自身特点,依据符拉索夫(Volasov)及豪斯纳尔(Housner)理论建立考虑槽内水体流固耦合的渡槽薄壁结构空间地震响应分析模型,该模型综合考虑了渡槽横向、竖向、纵向、自由扭转、约束扭转变形以及槽内水体对槽身的流-固相互作用等。由能量原理推导给出了渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵,建立了渡槽结构无水空载及槽内有水时横向地震响应计算方程。利用该模型对某单墩渡槽进行了多工况地震时程响应计算,经与解析解比较,证明模型的正确性,同时说明在地震荷载作用下,渡槽在无水空载及设计水位时的横向位移有所变化。模型计算简单易行,是考虑槽内水体流固耦合作用的渡槽薄壁结构实用的地震响应分析模型。     

特高压支架-设备体系动力响应简化分析及参数研究

提出特高压支架-设备耦合体系动力分析的简化模型并据此针对体系动力特性及地震响应开展研究。首先分析支架-设备耦合体系的结构特点,提出考虑分布参数的体系2E-4D简化模型,推导了基于该模型的体系自振频率和地震响应计算公式。然后,针对2种典型电气设备,对比分析了6组不同支架-设备耦合体系数值仿真和简化模型分析所得计算结果,验证了简化模型的准确性。最后,利用简化模型考察了不同特征参数(如刚度比、高度比等)对体系动力特性及响应的影响,并得到支架对设备加速度动力放大系数的取值规律。研究结果对《电力设施抗震设计规范》中有关支架对电气设备动力响应影响相关规定的修订具有参考价值。     

考虑碰撞效应的大型渡槽结构地震响应分析

摘 要：针对渡槽在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,建立考虑碰撞效应的渡槽动力分析模型,用非线性地震反应时程分析方法,研究了纵向地震作用下的碰撞效应对于渡槽地震响应的影响,分析比较了单边碰撞与双边碰撞对渡槽地震响应的影响差异,结果表明碰撞对渡槽结构的地震响应状态有所改变,渡槽槽身间的相对位移受碰撞的影响将减小,但碰撞产生的巨大撞击力对渡槽结构有较大危害,研究结果对大型渡槽结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

土钉边坡支护结构动力计算方法研究

基于均匀土层的剪切梁理论,得到了边坡在水平地震作用下的动力响应。根据土钉本身质量很小,将土钉受到的惯性力忽略。其在压力注浆后形成“狼牙棒”与周围土体一起运动,运动受周围土体控制,其破坏取决于土钉所能承受的变形大小,而并非惯性力,因此将土钉简化为一维无质量的弹性杆,通过变形协调和虎克定律得到了土钉轴力地震响应。将提出的计算方法应用于一个工程案例,进行了地震动力分析与抗震验算。为了验证提出的计算方法的合理性,通过ADINA软件进行了对比分析,结果表明这种计算方法对土质较均匀的边坡动力抗震设计和分析是安全、可靠、合理的。这种计算方法给土钉支护结构的地震分析及抗震设计提供了理论依据。     

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构抗震性能简化分析方法研究EI北大核心CSCD

通过对1∶2缩尺三层Y形高强钢组合偏心支撑框架结构(Y-HSS-EBF)模型试件的振动台试验,考察了结构的抗震性能。基于结构的恢复力模型与等代拉杆简化模型,采用SAP2000程序中的多线段塑性Kinematic连接单元代替拉杆,进行Y-HSS-EBF结构的地震反应简化分析,并将简化分析计算结果与试验结果、有限元计算结果进行了对比。研究结果表明:Y-HSS-EBF结构具有良好的抗震性能;由简化计算方法得到的Y-HSS-EBF结构滞回曲线与试验结果基本一致,简化分析模型能较好地模拟结构的非线性性能;振动台模型的简化计算结果具有一定的精度,简化分析模型能够较好的用于Y-HSS-EBF结构的弹性与弹塑性地震反应分析。在初步设计时,可采用简化分析模型对结构地震作用进行计算。     

曲线梁桥地震响应的简化分析方法

曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,导致了地震响应的复杂性。对弹性支座上的刚性桥面系统建立了具有刚度偏心的简单曲线梁桥模型,给出了自振特性和地震响应的简化计算方法。通过数值模拟比较,系统地分析了各种影响因素及其对曲线梁桥动力响应的影响规律和计算图表,可以在抗震初步设计中参考使用。     

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构抗震性能简化分析方法研究

通过对1∶2缩尺三层Y形高强钢组合偏心支撑框架结构(Y-HSS-EBF)模型试件的振动台试验,考察了结构的抗震性能。基于结构的恢复力模型与等代拉杆简化模型,采用SAP2000程序中的多线段塑性Kinematic连接单元代替拉杆,进行Y-HSS-EBF结构的地震反应简化分析,并将简化分析计算结果与试验结果、有限元计算结果进行了对比。研究结果表明:Y-HSS-EBF结构具有良好的抗震性能;由简化计算方法得到的Y-HSS-EBF结构滞回曲线与试验结果基本一致,简化分析模型能较好地模拟结构的非线性性能;振动台模型的简化计算结果具有一定的精度,简化分析模型能够较好的用于Y-HSS-EBF结构的弹性与弹塑性地震反应分析。在初步设计时,可采用简化分析模型对结构地震作用进行计算。     

渡槽拟动力试验仿真分析

建立了一种可以同时考虑流-固耦合与桩-土-结构相互作用的渡槽结构水平地震响应的有限元计算模型,该模型通过等效线性化方法考虑土体非线性,以自由场计算结果为依据,确定黏-弹性人工边界的参数及进行相应的地震动输入。建立了渡槽结构拟动力试验模型的整体有限元计算模型,进行了试验地震波作用下的有限元仿真计算,并与拟动力试验结果进行了比较,计算结果与试验结果基本一致,说明了文中建立的有限元计算模型的有效性。同时,拟动力试验及有限元计算结果表明,水体对渡槽结构地震响应有一定影响,有水工况时,结构的基频降低,可能较无水工况与输入地震波能量主频段偏离更远,从而起到一定的减震作用。     

水平地震激励下卧式储罐考虑储液晃动的简化力学模型

立足于卧式储罐抗震设计,从横向与纵向两个地震动激励方向推导了卧式储罐抗震设计的简化力学模型。首先采用速度势刚性理论,根据边界条件推导出合理的势函数,并将半解析半数值的数学模型参数化,拟合得出简单的参数公式,并根据基底剪力及倾覆弯矩表达式构建了便于工程应用的卧式储罐考虑储液晃动简化动力学模型。其次采用微分原理推导了卧式储罐在轴向地震动作用时的简化力学模型,利用等效原则进一步简化了简化力学模型的计算过程。最后选取工程实例,进行了理论数学模型与有限元数值仿真模拟计算结果的对比分析,有限元解与数值解最大差异率未超过15%,由此进一步佐证了所构建的简化力学模型的可靠性。     

层屈服后刚度对地震响应离散性影响的研究

结构的弹塑性地震响应通常具有很大的离散性,使结构在大震下的性态难以把握,给基于性能抗震设计方法的实现带来困难。除了地震波本身的随机性原因外,结构弹塑性地震响应的离散程度还与结构自身的抗震性能有很大关系。该文基于大量弹塑性地震响应数值分析,研究了结构屈服后刚度对结构弹塑性地震响应离散性的影响。研究表明:结构屈服后刚度退化越小,因结构自身原因导致的弹塑性地震响应离散性也越小。基于该研究结果,该文指出具有主-次结构体系的抗震结构,可有效控制结构的抗震性能,有利于实现基于性能抗震设计。     

核电厂房安全壳流固耦合动力响应分析

在地震荷载作用下,核电厂房安全壳水箱内水会发生晃动,这种流固耦合作用会影响到安全壳的动力响应。采用简化附加质量法和光滑粒子流体动力学(SPH)法,分别对应不考虑和考虑水体晃动的效应,选取常用自然波Northridge波和上海人工合成波作为地震动输入,获取了7个水位工况下包括基底剪力、位移和加速度的动力响应。通过对比两种方法的模拟结果,发现考虑水体流动的SPH法要比不考虑水体晃动的简化附加质量法的动力响应要小,水箱内水的晃动对结构整体的动力响应起到了减震的作用;并分析SPH法各水位工况下的动力响应,结果表明:水位高度4.0 m时,安全壳动力响应相对较小,是水箱较为合理的储水水位。     

晃动的流体对渡槽结构振动的抑制与放大效应

本文对渡槽结构横向流-固耦合动力特性及其幅频响应特性进行了较为详尽的分析,分析表明：1)结构体系存在二个横向振动固有振动频率 、 , 当系统以较小的频率 （同相位频率）振动时,结构振动的方向与流体的晃动方向一致;当系统以较大的频率 （异相位频率）振动时,结构振动的方向与流体的晃动方向相反。2) 当外动力荷载的频率（或卓越频率）与 （或 ）接近时,结构体系会发生共振反应,流体对结构振动会产生放大效应。3)渡槽结构体系还存在一个特殊的振动频率 ,当外动力荷载的频率（或卓越频率）与 接近时,晃动的流体对结构起到减振的作用。4)渡槽内的流体质量可以分为固定质量与晃动质量两部分,其中固定质量会加大结构顶端的动力惯性反应,可能会对结构安全构成不利影响。     

基础提离对核电站结构地震响应的影响分析

当地震足够大时结构基础将会与下卧地基土发生分离,即所谓的基础提离现象。但该现象在常规的土-结构相互用(SSI)的地震响应分析中常常被忽视。核电站结构(NPP)由于特殊性,其设计地震强度一般较大,因而有可能发生基础提离现象。本文基于某简化核电站结构,利用大型通用软件ANSYS的接触面功能和弹簧单元,分别进行了四种工况的计算：（1）基础固定;（2）考虑基础提离,不考虑土-结构动力相互作用效应;（3）不考虑基础提离,但考虑土-结构动力相互作用效应;（4）同时考虑基础分离和土-结构动力相互作用效应。通过对比分析,确定合适的土-结构动力相互作用计算方法以及基础提离对核电站结构地震响应的影响。计算分析表明：（1）土-结构相互作用对核电站结构地震响应的影响不容忽视;（2）基础提离主要影响核电站结构竖向地震响应,而对结构水平向地震响应的影响较小。本文研究成果可为核电站结构的抗震分析提供参考。     

框架—自复位墙结构弹性地震反应分析的简化方法

针对框架—自复位墙结构,将自复位墙假定为刚体,框架简化为多自由度体系,得到了“刚体—多自由度体系”简化分析模型,建立了地震激励下的运动方程,给出了相应的Simulink动态仿真模型。针对典型算例,在多条地震波激励下,分别采用该文提出的方法及ABAQUS有限元软件进行了弹性地震响应分析。总体上,二种方法得到的计算结果差别较小,表明该文所建立的简化分析模型具有较高的计算精度,同时具有很高的计算效率,能进一步应用于框架—自复位墙结构的抗震设计。     

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。     

基于简化IDA的结构地震损伤评估方法

将等效单自由度（SDOF）体系假设与Pushover分析方法相结合,建议了一种简化的增量动力分析（IDA）方法。给出损伤指数R与结构反应限值和抗震三水准的对应关系。根据结构抗震失效概率公式给出结构地震损伤概率计算方法,进一步得到结构在不同地震强度下的损伤指数期望值R_e,用以评估结构的地震损伤等级。在此基础上建立了基于简化IDA的结构地震损伤评估方法。为了验证所提出的方法,按照不同场地设计了三幢结构模型,选取了典型地震动记录作为结构的水平地震动激励,对结构模型进行了IDA、地震易损性分析和地震损伤评估。通过算例分析表明,基于简化IDA的结构地震损伤评估方法计算量小,易于操作,但得到的结构损伤值较大,抗震评估结果偏于安全。     

地下结构横截面地震反应拟静力计算方法对比研究

对目前地下结构横截面地震反应计算中广泛采用的地震系数法、自由场变形法、土-结构相互作用系数法、反应位移法、反应加速度法等多种拟静力方法进行介绍及分析。以大开地铁车站地震反应为例进行数值模拟,通过改变输入地震波、结构刚度、土层刚度以及结构埋深对各种拟静力计算方法的适用性进行了研究,将不同方法的计算结果与动力时程分析方法结果进行了对比。研究结果表明:反应加速度法与动力时程分析方法符合较好,表明该方法在常见地下结构环境条件下具有良好的适用性与计算精度,可以用于地下结构的抗震反应分析。     

高层隔震结构双质点模型的地震响应单纯质点法研究

文中针对高层隔震结构的双质点简化模型提出了可快速计算其地震响应的单纯质点法,该方法基于基底剪力及能量等效原则来建立简化两质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及简化模型的参数取值,推导得到了确定地震反应的两个关键参数：刚度转换系数和质量比。研究基于能量平衡方法提出了高层隔震结构简化分析模型包络反应的计算式,并通过利用能量平衡原理及模型参数转换关系来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值。文中对22层高层隔震结构工程实例首先进行了双质点模型的转化,其后验证了单纯质点法的有效性和分析精度,分析结果表明新方法计算结果与多质点模型时程分析法计算结果相近,且能包络上部结构各层地震响应。本文所提方法计算量少,参数取值简便,可用于高层隔震结构地震响应的初步分析。