西安f4地裂缝场地土体本构模型与应用

为寻求较合适的地裂缝场地土体动力本构关系模型,以便准确研究普通场地和地裂缝场地在不同土层分布情况下的动力响应规律,以西安f_4地裂缝场地为背景,设计完成地裂缝场地土体振动台试验。同时,以二次开发所得的等效线性化模型、边界面模型和ABAQUS自有的摩尔-库伦模型为对象,分别建立数值分析模型,并将计算结果与试验结果进行对比。最后,以边界面模型为材料本构,进行6种工况的地裂缝场地与普通场地的ABAQUS数值分析,找到不同土层分布地裂缝场地对土体动力响应的影响规律。结果表明:在高地震强度下,土体发生较大塑性变形,边界面模型是较合适的地裂缝场地土体动力本构模型。普通场地和地裂缝场地均对地震波有放大效应,但不同的土层分布形式的场地放大效果不同;地裂缝场地均表现出加速度放大效应和形似"八"的上下盘效应,其上盘影响最大值为11 m,下盘的最大值为9 m。该研究成果为地裂缝环境工程结构的抗震设计及工程应用提供参考。     

地震作用下地裂缝场地的动力响应研究

地裂缝对建筑结构的破坏是巨大的.随着西安地裂缝活动已趋于稳定和城市发展的需要,对地裂缝场地的利用提出了新的要求.针对地裂缝场地地震效应研究的不足,采用有限元法对西安某地裂缝场地进行模拟分析,研究了地震作用下输入地震动的强度、峰值位移及峰值加速度等因素对地裂缝场地地表峰值加速度的影响,定量地分析了地裂缝场地放大效应及上下盘作用效应,找出了地裂缝场地的动力响应规律,为地裂缝场地工程结构的抗震设防提供了依据.     

在高烈度地震作用下跨越地裂缝框架结构的动力响应模拟研究

地裂缝对工程结构的安全性影响巨大.在高烈地裂缝地区,若采用空间避让原则,势必浪费有限的土地资源,制约城市建设与发展.借助ABAQUS有限元软件建立了地裂缝场地和上部结构共同作用模型,并在土体底部输入不同的地震波,实现了跨地裂缝结构多点加载的模拟.通过比较不同工况下的弹塑性层间位移、层间剪力变化情况,较为清晰地揭示出跨越地裂缝的建筑物在地震作用下的工作特性,探讨了在不同的工况下跨地裂缝结构动力反应的变化规律,找出了结构跨越地裂缝最不利位置,为更深入研究地裂缝和地震共同作用对上部结构的损伤机理和灾害防治措施提供参考.     

综合管廊大角度斜穿地裂缝的变形及受力特征研究

根据西安地裂缝的分布特征和活动方式,结合综合管廊规划情况,采用有限元软件ABAQUS建立以70°大角度斜穿地裂缝的双舱综合管廊模型,研究分析了在活动地裂缝环境下管廊的受力变形特征.计算结果表明,管廊结构除产生较大的纵向弯曲变形外,还伴随有横向剪切变形和扭转变形;在活动地裂缝作用下,管廊在上盘85 m和下盘80 m内纵向应力变化显著,但这一显著变化范围不随地裂缝活动而变化;剪应力在地裂缝段最大,并呈"V"形变化趋势,而在上、下盘段表现出先增大后减小的变化特征;管廊底部脱空区开始出现于上盘近地裂缝处,并不断向上盘远端扩展.因此在结构设计时,应适当提高地裂缝两侧管廊结构的抗弯、抗剪承载力及裂缝宽度要求或采取分段设缝、设置柔性接头等措施.     

钢筋混凝土掉层框架结构多点输入地震响应特征分析

山地建筑不同标高基础的地震动存在差异,其对山地建筑地震响应的影响程度有待研究。以自贡地形台阵为背景,以该台阵采集的汶川地震记录为输入,设计4组空间钢筋混凝土（RC）掉层框架结构。分别按上接地地震动的一致输入、下接地地震动的一致输入、上接地与下接地不同地震动的多点输入开展了算例结构的弹性和弹塑性时程分析。将一致输入结构响应与多点输入结构响应之比定义为结构地震响应差异系数,从结构地震响应差异系数、破坏特征等方面分析了多点输入对岩石地基基础上的空间RC掉层框架结构地震响应的影响。结果表明：弹性分析时,基本周期较长的RC掉层框架结构侧向变形和层剪力的地震响应差异系数在0.85~1.12之间,基本周期较短结构的侧向变形和层剪力的地震响应差异系数在0.38~1.22之间,按一致输入地震动设计的RC掉层框架结构可能偏不安全;弹塑性分析时,多点输入下RC掉层框架结构的地震响应与一致输入下的有明显差异,最小差异系数可到0.27;在极罕遇地震作用时,多点输入下RC掉层框架结构底部的破坏状态比一致输入下严重,宜对其掉层部分和坎上1层进行适当的抗震加强。     

浅埋单层三跨地下结构在竖向地震作用下的动力响应

采用结构动力学方法,通过求解地下结构顶板的动力响应得到了单层三跨地下结构中柱在竖向地震分量作用下的动力响应.地下结构首先被看作是刚体,利用与地基的相互作用得到地下结构在竖向地震分量作用下的动力响应.其次,由于地下结构的对称性,取一半进行简化分析,侧墙对于顶板的约束用抗弯弹簧代替.再次,根据边界条件将之前的刚体动力响应作为输入,可以求得顶板的剪力.最后,通过之前求得的顶板剪力进而求得中柱的受力情况.结果表明,竖向地震分量对中柱的作用是显著的,甚至会对地下结构中柱产生严重的破坏.     

地裂缝环境下SRTP埋地管道性状

摘 要:以陕西西安市政工程中SRTP埋地管道30°斜交穿越地裂缝带为工程背景,基于足尺模型试验和数值模拟计算,研究了地裂缝沉降作用下埋地管道的变形与受力特点。结果表明:地裂缝沉降作用下,SRTP埋地管道沉降位移明显小于或滞后于地层变形,其沉降变形特征具有明显的“衰减效应”;地裂缝作用下,SRTP埋地管道受力变形模式为拉张-挤压弯曲变形模式,位于地裂缝上盘的管道顶部受压应力、底部受拉应力,而位于下盘的管道顶部受拉应力、底部受压应力,具有反对称现象,SRTP埋地管道适应地裂缝大变形的能力较强;地裂缝沉降作用对SRTP埋地管道的纵向影响长度为3.0 m,即上盘1.8 m和下盘1.2 m,在此范围内管道需要采取适当保护措施;地裂缝沉降作用下,管道沿纵向可划分为3段,即上盘沉降段、脱空段和下盘翘曲段,其中,脱空段范围约为1.2 m。     

不同形态开挖损伤斜坡的地震荷载响应分析

以汶川地震中开挖损伤斜坡集中变形破坏的特点为基础,以花岗岩为开挖损伤斜坡的介质建立有限元模型,对比研究分析了自然斜坡、开挖5 m、开挖10 m、开挖15 m和开挖20 m不同开挖尺度条件下斜坡的开挖损伤效应以及开挖损伤斜坡的地震荷载响应规律.分析表明,开挖损伤不仅本身破坏了斜坡的应力平衡,并且影响了斜坡的地震动响应,开挖损伤和地震动力响应造成了开挖损伤斜坡在地震荷载作用下的集中变形失稳,形成地震山地灾害的集中爆发区,并且不同开挖尺度的地震动响应具有较大变化.     

既有框架结构的新型等效简化动力模型构建方法

为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。     

可液化场地下不同因素对地下结构动力响应的影响

目前,我国在地下结构抗震分析与液化破坏研究中尚存在诸多问题,需要深入研究地下结构的动力响应分析的影响因素:对不同结构截面形式、水平-竖向波共同作用、不同地震波输入.在地震作用下处于可液化场地的拱形结构和矩形结构的受力形式和最不利受力位置;模型分别在竖向波以及横向波单独和共同作用下,孔压比幅值也不相同;不同地震波对结构的受力形式影响不大,却对结构加速度影响十分巨大.这些问题的研究分析对可液化场地下结构在地震作用下的动力响应规律与液化破坏形式具有重要的工程应用价值和意义.     

基于IDA的铅黏弹性阻尼减震结构地震易损性研究

为系统评估铅黏弹性阻尼器（Lead Viscoelastic Damper,LVD）减震设计钢筋混凝土框架结构的抗震性能,设计了8度（0.2g）地区的一栋6层钢筋混凝土抗震框架结构（Reinforced Concrete Frame,RCF）和铅黏弹性阻尼减震框架结构（LVD-damped Frame,LVDF）。使用OpenSees软件建立了RCF结构和LVDF结构的弹塑性分析模型,采用ATC-63推荐的22条远场地震动对RCF和LVDF进行增量动力分析,基于增量动力分析结果对其进行概率地震需求分析和地震易损性分析,定量评估了RCF结构和LVDF结构超越各损伤状态的概率。研究表明：铅黏弹性阻尼器可以有效控制结构地震动响应,使同一地震作用下LVDF结构的地震动响应小于RCF结构;由概率地震需求分析结果可知,铅黏弹性阻尼器可以降低因地震动特性差异导致的结构动力分析结果的离散性;由地震易损性分析结果可知,LVDF结构在不同损伤状态下的超越概率均低于RCF结构,表明铅黏弹性阻尼器可以显著降低结构的损伤,提高结构的抗震性能。     

无黏结预应力装配式框架结构地震易损性分析

为研究无黏结预应力装配式框架结构的抗震性能,首先采用有限元软件Open SEES中的梁柱节点单元模拟无黏结预应力梁柱节点,并与试验结果进行验证.然后,按照场地条件选取18条地震动记录,以预应力筋屈服和最大层间位移角作为结构的损伤指标,建立地震需求模型.最后,采用IDA方法对一栋6层无黏结预应力装配式框架结构和现浇框架结构进行易损性分析,得到两种结构的IDA曲线和易损性曲线.研究结果表明:在水平地震作用下,柱截面尺寸和配筋相同、梁截面尺寸和受弯承载力相同时,在防止倒塌性态点处,装配式结构的最大层间位移角和地震动强度指标均小于现浇结构;当地震动强度较小时,装配式框架结构和现浇框架结构的抗倒塌能力接近,但随着地震动强度的增大,在防止倒塌性态点处,装配式框架结构的抗倒塌能力比现浇框架结构弱.     

长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析

为了研究长周期地震动作用下高层框架结构的抗震性能,利用地震损伤评估体系对高层结构进行损伤分析.在分析总结结构地震损伤模型的基础上,以一幢12层混凝土框架结构建筑为研究对象,利用振动台试验结果,采用数值模拟方法,从结构整体损伤和材料损伤2个层次进行了长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析,并与普通地震动作用下的结果进行了比较研究.结果表明：长周期地震动作用下结构的整体损伤指标明显大于普通地震动作用的结果,且混凝土损伤分布范围更广,为高层结构基于性能的抗震设计提供了参考.     

ECC混凝土桩板墙支挡边坡抗震性能振动台模型试验研究

在强震作用下，传统桩板墙支护结构易出现不可恢复的损伤和变形，工程水泥基复合材料（ECC）具有较高的抗拉强度和拉应变硬化特性，在约束裂缝开展、抗弯承载力及耗能能力上优于普通钢筋混凝土，但ECC桩板墙支护结构的抗震性能尚不明确。由此，开展ECC桩板墙支护结构（ECC桩板）和普通钢筋混凝土浇筑的桩板墙支护结构（RC桩板）振动台试验，对比其动力响应和破坏特性。结果表明：ECC桩板的抗震性能优于RC桩板；在相同的地震动作用下，ECC桩板支护下边坡的动力响应小于RC桩板支护时，在更高强度的地震动作用下，相同材料强度的ECC桩板可保证边坡稳定性；在动力作用下，ECC桩板和RC桩板表现出较明显的弹性和弹塑性，在输入地震动较小时，两种支护结构的动力响应较为一致；当输入地震动峰值较大时，ECC桩板支护下边坡的加速度放大系数为RC桩板支护下的0.77~0.9倍，ECC桩板和RC桩板的桩背动土压力分布都表现为“双峰型”，RC桩背动土压力峰值为ECC桩背的5倍左右；两种支护结构的桩顶残余位移与震级呈指数关系，RC桩板的桩顶残余位移为ECC桩板的2倍。破坏阶段，ECC桩板仅在嵌固端面出现多条细微裂缝，RC桩板出现抗弯破坏特征，钢筋和混凝土相对滑移明显，位移不可控。     

摇摆架加固装配框剪结构变形控制机理研究

为解决地震作用下非对称RC框架-装配式剪力墙结构(AFPSW)出现的层间位移集中和平面扭转等不利变形问题,提出外附摇摆架的加固方法提升AFPSW的损伤变形能力与抗震性能.推导了外附摇摆架加固体系的动力方程,揭示了其变形控制机理并据此建立相应的设计方法。为验证加固设计方法的有效性,建立了基于振动台试验验证的AFPSW有限元模型,结合非线性动力时程分析结果,研究了结构加固前后的变形模式、损伤状态的变化与性能提升效果。结果表明:在峰值加速度0.62 g地震作用下,加固后体系的层间位移集中系数和扭转分别减小了20.9%和53%,极大改善了结构的不利变形,降低了体系整体损伤状态等级。这一切表明外附摇摆架加固体系的动力方程推导正确,提出的结构加固设计方法是可靠的,极大地改善了结构的均匀性和抗震性能。     

跨地裂缝带云轨桥梁结构变形与力学特征

地裂缝作为西安市典型城市地质灾害,给城市交通建设带来了巨大潜在危害,引起工程界的高度关注。以西安市高新区云轨示范线工程跨地裂缝带为研究背景,基于有限元数值模拟,分析了云轨简支梁桥正交跨越地裂缝带轨道梁、桥墩及桩基础等结构的变形与受力特征。结果表明:地裂缝错动作用导致云轨轨道梁产生竖向沉降差异,跨地裂缝段竖向位移差异和水平位移最大,其水平位移最大约为地裂缝位错量的1/4; 桥墩出现竖向沉降,且向地裂缝带倾斜,其顶部水平位移上盘大于下盘,水平位移最大约为地裂缝位错量的1/3; 地裂缝两侧桥梁桩基础产生以水平位移为主的倾斜变形,土体对下盘桩产生正摩擦力,对上盘桩产生向下的负摩擦力,下盘桩受压,上盘桩受拉。上述研究结果可为桥梁跨地裂缝带工程设计与防灾减灾提供参考和指导。     

配置HRB500钢筋的框架结构非弹性地震反应分析

为实现建筑行业的可持续发展,中国土木建筑工程界正在推广应用HRB500级高强钢筋,但是,以HRB500钢筋作为主要受力钢筋的混凝土结构的抗震性能研究还相对缺乏。该文按《混凝土结构设计规范》最新修订稿设计了3个配置不同强度钢筋的8度0.3g区一级抗震等级的混凝土框架结构,并完成了该3个结构在多波输入下的非弹性地震响应分析,对比了配置HRB500钢筋的混凝土框架结构与配置HRB400和HRB335钢筋的相应框架的地震反应规律和抗震性能。分析结果表明：在罕遇水准的地面运动输入下,配置HRB500钢筋的混凝土框架的最大位移反应与配置其他两种钢筋的框架结构大致相当,其构件的塑性转角延性需求则小于配置其他两种钢筋的框架结构;配置HRB500钢筋的一级抗震等级框架结构在强震下形成的是梁铰塑性耗能机构,最大弹塑性层间位移角可满足设计规范规定的要求。     

考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性 与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,先通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,然后基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,再采用Hertz-damp接触模型着重考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,通过考虑桥墩和支座权重系数建立全桥的复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,还将场地危险性函数与易损性函数卷积从而建立概率地震风险曲线,进而考察桥梁系统易损性和概率地震风险性,以及墩梁碰撞效应的影响。结果表明：若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,过渡墩的位移反应将会低估3~5倍,其地震风险性概率低估120%,当地震动强度为0.2g~0.6g时轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%,地震动强度为0.6g~1.5g时严重破坏和完全破坏分别被低估了13%~68%和15%~59%。