考虑行波效应的三维河谷场地长周期地震动响应分析

选取3条典型的基岩长周期地震波和两条常见的普通地震波,分别进行了一致输入和行波输入作用下某河谷地形场地的三维有限元地震反应分析,利用等效线性化方法考虑了土体材料的非线性特质,并对比了长周期地震波和普通地震波作用下场地反应的差异.分析结果表明,无论是一致输入还是行波输入,长周期地震作用下场地水平向加速度反应均大于普通地震...     

饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个FEM-IBEM耦合方法

基于Biot孔隙介质理论,提出了饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个有限元–间接边界元(FEM-IBEM)耦合方法。方法考虑了饱和土骨架与孔隙水的动力耦合作用及饱和土–结构动力相互作用,并通过等效线性化方法考虑土体的非线性。该耦合方法的特点之一是有限元子域和间接边界元子域相互独立,非常适合并行计算,提高计算效率;特点之二是能够同时考虑有限元子域(近场)和间接边界元子域(远场)的土体非线性。通过与文献结果对比,验证了FEM–IBEM耦合方法的正确性和计算精度。以天津滨海地区一典型深厚饱和软土场地中两层双跨地铁车站为例,计算了地铁车站结构的地震内力和变形,并比较了饱和土体线性和非线性情况下地铁车站地震响应的差别,和饱和土体模型和单相土体模型情况下地铁车站地震响应的差别。研究表明:土体非线性对地铁车站结构的地震内力和变形具有显著影响;饱和土骨架和孔隙水的动力耦合作用对地铁车站结构地震内力和变形也有明显影响。     

瑞利阻尼系数确定方法对非岩性场地地震反应的影响分析

非岩性场地地震反应分析中,瑞利阻尼系数在很大程度上影响其计算的精度。基于等效线性法考虑土体的非线性动力特征,采用5种不同确定阻尼系数的方法,对非岩性自由场地进行时域动力分析,并与频域程序SHAKE 91计算结果进行比较。结果表明:邹德高等提出的改进后的方法能较好地反映场地的阻尼特性和地震动的频谱特性,对非岩性场地的阻尼模拟是相对准确的。此自由场地的动力计算工作为下一步整个厂房-地基动力相互作用分析提供了输入依据。     

成层地基–桩基–结构动力相互作用体系的计算分析

以一个1∶2大比例模型结构–地基的动力相互作用模型试验为基础,结合通用有限元程序MSC.Marc,对成层地基–桩基–结构动力相互作用体系进行了三维有限元分析。计算中采用考虑土非线性特征改进的黏弹性人工边界模拟外部土域,利用考虑动力相互作用中桩土分离、滑移以及桩基提离效应的接触模型反映桩土接触界面特性,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗,土体采用等效线性模型。通过计算分析与试验的比较研究,验证了计算模型和分析方法的合理性,进行了地震动输入下的地震反应分析,为地基–结构动力相互作用的进一步研究奠定了基础。     

基于比例边界有限元法的成层半空间中斜坡场地地震响应计算模型

由于左右侧不对称且不规则的边界条件延伸到远场,斜坡地形场地的地震波动场求解存在一定困难。为得到成层半空间中斜坡地形场地的地震动力响应,基于波场理论提出一种以相似拼接线为缩放中心的比例边界有限元法计算模型：首先将待求波动场分解为具有规则边界条件的已知波场和由已知波场在真实不规则边界处引起的散射波场,然后通过在斜坡场地的不规则边界处施加等效地震荷载将散射波场的求解由外源输入问题转化为内源辐射问题,最后推导了适用于水平及倾斜成层、左右岸不对称等复杂地基的比例边界有限元法,可沿径向解析地求解斜坡场地的内源辐射问题。通过与文献中均质和成层弹性半空间中凹陷地形场地在SH波入射条件下地表动力响应进行对比,表明了计算模型的准确性,并通过分析成层半空间中斜坡地形场地的波动响应验证了模型的有效性。提出的计算模型,为复杂地基-结构相互作用分析的输入波动场计算提供了新的技术手段。     

场地地震反应的比较研究

用数值分析方法计算分析了场地地震反应。针对几种典型场地，分别采用频域等效线性化波动法（以下简称波动法）和有限元法，分析比较了在6种地震波作用下场地土的地震反应特性、有限元法和波动法间的数值差异、盆地模型和水平分层模型的地表地震反应特性及差异，并用Drucker—Prager模型模拟盆地沉积物介质的非线性。结果显示，有限元法求得的土层表面加速度峰值大于波动法；盆地的松散沉积物对地震波有明显的放大作用，盆地中部区域的最大地震反应与水平分层模型相应结果接近；在El-Centro波作用下，盆地表面的非线性位移反应较线性情形增大明显。     

基于等价线性方法的地铁车站结构非线性地震响应分析

地下结构受周围土体的束缚,地震时周围土体的变形直接决定了地下结构的地震响应,因而土体的非线性特性应合理考虑,然而目前的成熟软件自身缺乏较好的土体非线性本构模型。基于等价线性方法基本原理,利用大型通用软件ANSYS平台及其参数化编程语言,实现了等价线性模型Hardin模型在ANSYS中的初步开发,并利用目前成熟的一维地层地震响应分析程序EERA进行验证,然后利用编写的程序考虑土体非线性特性,对典型地铁车站结构进行计算分析。不同工况计算结果的对比分析表明土体非线性特性对体系地震响应影响主要体现在3个方面:1)土体耗能更多,因而体系地震响应降低;2)考虑土体非线性特性时体系逐渐"软化",频率降低,中高频成分被土体吸收;3)地下结构对周围场地土的影响规律完全相反,线性时地下结构的存在会放大场地土响应,且影响范围大,而非线性时则减小场地土的响应,但影响范围相对较小。     

空间变异地震动作用下地铁隧道抗震响应

采用基于功率谱矩阵奇异值分解的空间变异地震动合成方法,快速高效地合成了考虑行波效应、相干效应及场地效应的多点加速度时程。基于ABAQUS软件研发的动力有限元计算平台,建立了三维双隧道–土体有限元模型,研究了多点输入下地铁隧道的非线性地震反应特性,并与一致输入下的地震反应特性进行了对比。另外,考察了场地效应对地铁隧道抗震响应的影响。结果表明:对于均匀场地,一致输入下的地表、隧道地震响应高于多点输入下的响应;对于非均匀场地,一致输入下的地表、隧道响应明显低于多点输入下的响应;在场地交界处,隧道截面的剪应力和水平位移会产生突变。     

液化场地自由场体系的数值分析及振动台试验验证

 应用有限差分法程序FLAC3D对液化场地自由场体系的地震响应进行三维完全非线性分析。与通常采用的等效线性法相比,完全非线性分析方法由于采用了弹塑性模型,可以自动计算永久变形;采用合理的塑性方程,使得塑性应变增量与应力相联系;结合孔隙水压力模型可以模拟地震作用引起的饱和砂土液化问题。计算模型考虑了土体非线性、孔隙水压力的变化以及模型边界条件的处理等。通过与液化场地自由场体系振动台试验结果的对比分析,方法的有效性得到验证。结果表明,砂土对地震动可起滤波和隔震作用;当加速度峰值到达时砂土层中的孔隙水压力比存在负值;震后土中孔隙水压力不一定随振动的停止而立即开始消散,短期内也可能继续增长。     

软弱夹层场地高层框架结构地震输入及地震响应分析

高层结构地震输入的合理性对结构抗震设计及地震反应产生重要影响。本文以一典型高层框架结构及其所处场地为参考,建立有软弱夹层场地模型及具有同一卓越周期均匀场地模型,研究该软夹层基础对结构地震输入的影响。由于软弱夹层的存在本文采用了有别于传统的分段等效线性化方法预测地震输入,并与传统的等效线性化方法预测的地震输入对比,研究两种等效线性模型地震输入的差异及软弱夹层存在对地震输入的影响。进一步基于预测地震动分别计算了有无软弱夹层存在下该典型高层框架结构反应,研究软弱夹层存在对结构地震反应的影响。本文结果显示虽然软弱夹层存在会使结构地震动输入时程峰值变低,但结构反应却加剧。分段等效线性化输入模型的地震动加速度峰值普遍大于传统等效线性化模型,但传统等效线性方法预测的地震动计算所得的结构反应更加剧烈。     

上海软土场地的地震反应特征分析

近年来的宏观震害资料和强震观测记录已经证明：场地条件不仅对地震动的峰值加速度和频谱形状具有重要的影响,而且与不同类型工程结构的地震反应和震害机理也具有相当密切的关系.上海地区的第四纪沉积土层呈水平层状分布,基岩埋深可达300m左右,且浅部普遍发育有滨海沼泽相软土.因此,上海地区上覆深厚、软弱的沉积土层,对场地的地震反应特性无疑具有重要的影响.文章基于一维场地地震反应的等效线性化频域分析方法,建立了上海软土场地的动力分析模型,以El Centro地震波为例,重点分析了上海地区场地土的地震反应加速度反应和频谱特征.研究表明,在7度抗震设防即场地地面峰值加速度（PGA）等于0.1 g的情况下,上海软土场地的地表峰值加速度具有放大特性,地表加速度的频谱组成具有低频放大,高频过滤的特征,地面运动加速度反应谱的卓越周期也具有向长周期方向移动的趋势.     

Seismic ground motion analysis of Shanghai Pudong Airport site considering the effects of spatial correlation and irregular topography

The terminal No. II of Shanghai Pudong International Airport is located at Pudong District of Shanghai City near shore of East China Sea, and the area of the long-span terminal is 400 m × 200 m. The construction site of the terminal locates on the irregular topography, and its alluvium achieves about 300 m in thickness. The spatial correlation of seismic ground motion, as well as the amplification of soft alluvium and the effect of irregular topography, should be considered. This paper uses a simplified method to obtain the response spectrum of the engineering bedrock under the irregular topography. The spectrum is used to generate the sets of spatially correlative horizontal and vertical seismic motions. The surface ground motion was calculated under incidence of the spatially correlative seismic motion by 2D finite element method (FEM) model considering nonlinear properties of the soil by means of the equivalent linear method. In order to compare the effect of 2D irregular topography, the seismic response analysis of 1D model is carried out by using the equivalent linear method. For indicating the effect of the spatial correlation of input motions, the horizontal uniform inputs, as well as the horizontal and vertical uniform input are carried out for the seismic response analysis of the site. Finally, some characteristics of seismic ground motion calculated for previously mentioned cases are compared.     

堤坝非线性地震响应的离散型剪切条模型等价线性化方法

基于一维剪切梁计算模型，对堤坝非线性地震动力响应提出了改进的等价线性化方法。首先，考虑土的剪切刚度与阻尼的层状分布，建立了离散型剪切条计算模型，通过求解确定了堤坝的自振特性，基于黏线弹性模型给出了堤坝地震反应封闭形式的解答，然后，将所得到的黏线弹性解答与等价线性化方法相结合，通过反复迭代使每层的模量和阻尼比与其自身的剪应变相协调，由此确定与堤坝非线性系统相等效的线性体系，并以所得到的地震响应作为非线性地震响应的近似解；最后，通过对算例的数值计算与分析论证了这种以剪切条模型为基础的堤坝非线性地震响应等价线性化方法的合理性。     

地震动非平稳性对深覆盖场地地震反应的影响

以上海某深覆盖场地为背景,分别选用普通El-Centro波和长周期HKD123波作为输入,采用正交化HHT方法探讨地震动非平稳性对深覆盖场地地震反应的影响。首先,采用正交化HHT方法分析El-Centro波和HKD123波的局部功率谱,比较这两条波的能量分布情况。然后,采用等效线性波动法求取深覆盖场地的地表反应,并采用正交化HHT法对其进行时频特性分析,比较不同强度的不同类型地震波作用下深覆盖场地的反应差异,以及能量分布的变化情况。结果表明,地震动的非平稳性对深覆盖场地非线性地震反应的影响不容忽视。     

地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响

地震基岩面的选取对场地设计地震动参数取值的合理性有重要影响。以苏州城区的钻孔剖面为研究对象,选取剪切波速介于400~800 m/s的9个土层顶面作为地震基岩面,采用等效线性方法考虑土的非线性特性,采用一维波传法分析地震基岩面的选取对地表地震动特性的影响。结果表明:1地表峰值加速度PGA随地震基岩面剪切波速的增大而增大,PGA的增大幅度随输入地震动强度的增大而减小;2地表加速度反应谱放大系数?谱谱值也随地震基岩面土层剪切波速的增大而增大,且?谱谱值随输入地震动强度的增大而减小;对于中强地震的近场地震动作用,基岩面深度对周期小于1.0 s的?谱谱值的影响较大;而对于特大地震的远场地震动作用,基岩面深度对周期小于4.0 s的?谱谱值均有较大影响;3远场地震动作用时的?谱谱值明显大于近场地震动作用的?谱谱值;4取剪切波速不小于700m/s的土层顶面为地震基岩面较为适宜。     

考虑波速影响的斜拉桥非一致激励地震响应研究

为研究地震波传播速度对大跨度斜拉桥地震响应的影响,以某主跨跨长406 m的双塔钢箱梁斜拉桥为研究对象,建立动力有限元模型。对非一致地震激励输入方法进行理论分析,对比研究了相对运动法、大刚度法和大质量法的计算特点。通过对视波速无穷大时非一致激励法与一致激励法的计算结果进行对比,校验地震动输入方法的正确性。在此基础上,分别选择天津地震波、El Centro地震波和汶川地震波,根据软土区和岩石区地震波传播特点,对视波速在50~4 000 m·s^-1之间的不同波速工况进行计算。结果表明:波速对斜拉桥地震响应有显著影响,软土区视波速对结构影响更加突出,对位于深厚软土区的大跨度斜拉桥进行行波效应分析时,需要关注结构的内力和位移响应,而岩石区仅需关注结构的内力响应。     

基于MSC.Marc二次开发的土体等价非线性粘弹性模型

基于MSC.Marc软件的操作平台,利用二次开发编程接口USER SUB.HYPELA,开发了土体等价非线性粘弹性动本构模型的子程序.选择广州某个典型软弱场地为研究对象,对该场地的地震反应进行二维有限元分析,与专业的土层地震反应分析软件SHAKE91计算结果进行对比,验证了该模型二次开发的准确性和可用性,可有效用于地震...     

成层地基非线性波动问题人工边界与波动输入研究

建立了考虑非线性效应的无限成层地基波动模拟的时域人工边界条件及相应的波动输入方法。首先，推导了线性阻尼介质中的一维人工边界公式，进而推广得到近似的二维人工边界方程：然后，通过等效线性化处理，获得了近似考虑远场成层地基非线性效应的人工边界：最后，建立了相应的波动输入方法。数值算例表明，所给出的人工边界与波动输入方法具有良好的精度，可以方便地应用于成层地基非线性波动问题的研究。     

基于等效线性地基的某工业厂房抗震分析

以某生命线工程工业厂房为例,采用等效线性化方法近似考虑地基的非线性特性进行厂房抗震分析,并将计算得到的楼层反应谱作为对比参数,与线性地基假定条件下抗震分析结果进行对比,结果表明:对于剪切波速较低的厂址(剪切波速小于400m/s),线性地基假定条件下厂房地震响应明显大于等效线性地基下的结果,而当地基剪切波速较高时(剪切波速约为1 100m/s),两者计算结果相近,分析结论可为今后建构筑物抗震设计提供参考。     

地震波斜入射时二维成层介质自由场求解的等效线性化方法

基于等效线性化频域数值求解方法和二维应变空间状态理论,提出了一种地震波斜入射时二维水平成层介质的非线性地震反应分析方法。首先,建立地震波斜入射下成层弹性介质频域传递矩阵;其次,结合等效线性化方法,给出了地震波斜入射情况下二维等效剪应变求解方法,进而求得任一层的等效刚度和阻尼比,并进行迭代计算,直到满足给定的精度为止;最后根据满足精度要求的等效刚度和阻尼比进行成层介质地震反应分析,求取目标层的地震响应。对某二维水平成层场地地震波斜入射(SH波、SV波和P波)时的非线性地震反应进行了计算,并研究了成层介质场地地震反应随入射角的变化而变化的规律。