地震作用下土钉支护边坡动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了双向地震激励下土钉支护边坡动力响应。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。给出了地震波和阻尼的选取方法。应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,土钉的地震响应,土压力地震响应。结果表明土钉支护边坡延性大,有很好的抗震性能;地震作用后各层土钉轴力都增大;边坡在地震作用下产生永久位移;地震作用下土压力峰值形状与地震作用前的土压力形状相似。这些结论对土钉支护边坡的抗震设计与动力分析有较高的参考价值。     

软土地基中包裹碎石桩地震动力响应数值模拟研究

包裹碎石桩是将碎石桩包裹在土工合成材料中，通过土工合成材料的径向约束作用，减少碎石桩的变形，提高其在软土地基中的稳定性。使用有限差分程序FLAC3D进行模拟，研究地震荷载作用下软土地基中包裹碎石桩的动力响应。数值模型采用考虑滞回特性的非线性弹塑性模型模拟碎石桩和软土，使用线弹性土工格栅单元模拟土工合成材料。利用振动台试验结果验证三维动力数值模型，然后开展参数分析，研究筋材刚度、软土剪切模量、路堤荷载等参数对软土地基中包裹碎石桩地震动力响应的影响规律。数值模拟结果表明：随着筋材刚度的增加、软土剪切模量的增加、竖向荷载的减小，碎石桩的沉降及筋材应变和土体的剪应变也显著减小，土工合成材料包裹筋材可以有效提高碎石桩的抗震性能。     

软场地土拓宽桥梁地震响应分析

针对软土地区拓宽桥梁抗震研究的不足,以珠三角地区某一不等跨连续梁桥为工程背景,在考虑桩—土联合作用效应的前提下,引入纤维模型弹塑性梁单元,利用有限元程序Midas/Civil对旧桥模型、两种场地土条件下的拓宽桥梁模型进行了弹塑性地震响应分析.研究了不同地震波输入方向结构关键位置的位移响应,结构塑性铰的出现时间、位置和破坏模式.研究表明:软土场地拓宽模型的地震响应位移极值最大,约为砂土场地拓宽桥梁位移极值的1.15倍;在分级纵、横向地震荷载下,软土拓宽模型桥墩最早出现塑性铰,更容易发生破坏,且破坏时间更早.通过对比原桥模型和拓宽模型表明,结构拓宽不利于抗震,建议今后对拓宽桥梁提高抗震验算要求.     

竖向地震动对软土地铁隧道地震响应影响分析

为了研究地震动的竖向分量对地下结构的动力响应影响,针对某一软弱土层地铁区间隧道工程,进行非线性地震反应分析.计算模型中引入了土体的非线性本构模型,模拟土在循环荷载作用下的动力特性,隧道衬砌采用混凝土动力损伤塑性模型,模型边界设置为粘弹性人工边界,分别在模型底部施加水平向和双向地震动,进行地震反应分析,得到了地铁隧道的一些地震反应规律.结果表明;地震波的竖向分量对隧道顶底部的水平相对位移、隧道结构的动应力和隧道底部的竖向加速度均有较大的影响.因此,在工程设计中竖向地震动的影响不容忽视.     

大跨径PC斜拉桥地震响应非线性分析

基于大跨径桥梁地震反应分析方法,建立了斜拉桥动力分析空间有限元模型.考虑了几何非线性对结构动力特性及地震响应的影响,以一座大跨径预应力混凝土斜拉桥为研究对象,采用直接积分法对该桥进行了地震非线性时程分析.根据该桥的方案设计,比较了两种塔梁连接方式下结构的动力特性,分析了桩土作用效应对结构地震响应的影响.计算结果表明:在大跨径斜拉桥抗震设计时,应考虑桩土相互作用的影响;人工拟合地震动和相近场地实测地震动记录的计算结果相差较大,在抗震复核中应取最不利荷载作用.     

桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响分析

为研究桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响,本文以实际工程为背景,建立全桥三维模型,根据现有经典理论计算背景工程的最大冲刷深度,将土对桩基的作用等效为土弹簧,采用“m”法计算冲刷线以下的桩-土相互作用刚度,从而得到不同冲刷深度下的全桥分析模型。通过对结构进行动力特性分析及地震响应时程分析,对比研究了不同桩基冲刷深度对大跨斜拉桥抗震性能的影响。研究表明:冲刷使得桥梁结构整体变柔,自振周期变长;冲刷深度越大,桩基在地震作用下的位移响应也越大;冲刷深度对桩基剪力的影响与桩长有关,桩基越长,剪力变化趋势越复杂;IDA分析显示,冲刷对桥梁的不利影响随地震动强度的增大而增大;结果表明桩基的局部冲刷会进一步加剧桥梁在地震作用下的危险性,冲刷问题在抗震设计中应予重视。     

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。     

罕遇地震作用下高铁桥梁动力弹塑性响应分析

为研究连续梁桥在罕遇地震作用下的弹塑性响应,基于Midas Civil建立三跨连续梁桥有限元模型。对比分析无轨、有轨两种桥梁模型的振动特性,并输入不同地震动荷载组合,对比分析罕遇地震作用下连续梁桥的动力弹塑性响应。研究表明,无轨和有轨桥梁自振特性有较大差异,有轨模型自振周期相对较大;罕遇地震作用下桥墩墩底进入弹塑性状态,产生塑性铰。     

地下室对邻近地表和地下结构地震响应的影响

为确定土结构相互作用影响程度以及地下室对地表结构、 地下结构和场地土响应的影响, 构建了自由场、 地下结构-土-不带地下室地表结构以及地下结构-土-带地下室地表结构3 个模型, 计算其在不同地震动作用下的地震响应规律。 对比分析表明: 1)地表结构的存在导致周围土表响应增大, 影响范围超过7倍的结构基础宽度, 且相比于无地下室的情况, 有地下室存在时增大程度更为明显; 2)输入地震动较小时,无地下室地表结构的加速度和层间相对位移响应分别比有地下室地表结构大8%和20%, 而输入地震动较大时, 地下室的影响规律并不明显; 3)输入地震动较小时, 地下室的存在对邻近地下结构变形的影响较小,而输入地震动较大时, 地下室的存在导致临近地下结构层间位移角增大。 因此, 在实际工程中应考虑地下室对地表结构与地下结构地震响应的影响。     

单自由度体系地震残余变形分析及计算

地震残余变形是结构可修复能力的重要指标,准确分析结构的残余变形对于震后结构性能的评估与控制具有重要意义。基于对不同单自由度(SDOF)体系的弹塑性地震响应的统计分析,研究了不同参数对地震残余变形的影响,其中滞回特性、屈服后刚度、地面峰值加速度(PGA)以及最大弹塑性变形对残余变形的影响较大;同时结合理论分析提出了分别适用于弹塑性Kinematic滞回模型和Takeda滞回模型的残余变形简化计算方法。该方法是以先获得结构的最大弹塑性变形为基础的,能与传统的确定结构最大变形性能的抗震分析方法(Pushover方法)较好地结合。最后,以一钢筋混凝土单柱桥墩为例,详细阐述了所提出的方法进行单自由度体系结构的地震残余变形计算及震后结构性能评估的过程,分析表明基于Takeda模型的结构残余变形的计算结果偏于安全。     

山区特殊地质条件下地基-箱基-上部结构地震响应分析

以蓟县某山地建筑为工程背景,利用ABAQUS建立了岩质边坡地基-箱基-上部结构整体三维实体模型,并且建立了无限元边界,通过输入不同方向地震波研究了岩质边坡地基-箱基-上部结构的位移响应．结果表明,对于山地框架结构,竖向地震单独作用下对水平位移的影响较大,而水平和竖向地震耦合作用时竖向地震对水平位移影响较小,基本上与水平地震单独作用下的响应相同;对于台阶形箱基,水平和竖向地震耦合作用时各层最大层间位移与单向水平地震作用下的各层层间位移相比,变化趋势刚好相反,说明竖向地震波的存在对箱基层间位移的影响不可忽视．     

大跨度斜拉桥的随机地震响应分析

基于经典结构动力学公式推导出位移时程反应方程,采用有限元软件Ansys建立某斜拉桥空间有限元模型,分析其在地震作用下的位移响应。结果表明:在多维随机地震激励下,竖向激励使桥梁纵向位移明显减小,但对竖向位移没有影响,斜拉桥设计时需要考虑多维地震激励下的响应。     

土-结构相互作用系统地震动力特性的突变理论分析

地震荷载作用下,将土和结构作为一个系统,可较好体现地震作用下结构动力特性的影响.对一个简单的土-结构相互作用系统模型,计算了其动能和形变能,通过拉格朗日方程导得对土-结构相互作用系统的运动方程,并将其归结为以结构振幅为状态变量的尖点突变模型,来对结构的动力特性进行分析.尖点突变模型的对应性状表明,非线性弹簧使系统具有可变频特性,使得地震作用下的土-结构相互作用系统不发生线性系统中的"共振"现象;当系统频率变化使控制点(u,v)跨越尖点突变模型分叉集时,结构的振幅和振动相位会发生突变,并且结构振幅的突变值随地震频率而变,也即地震频率变化对土-结构相互作用系统动力特性的影响有"路径"效应.     

地铁地下车站结构的地震反应特性研究

通过Davidenkov动力本构模型模拟土体、动塑性损伤模型模拟混凝土的动力特性,建立土-地铁地下车站相互作用的二维有限元分析模型,研究地铁车站结构的地震损伤演化规律和能量反应特性,结果表明:地震动特性对地铁车站结构的能量反应特征有明显影响,地铁车站结构的阻尼耗能和滞回耗能逐步增加;通过滞回耗能密度衡量各构件滞回能量耗散的集中效应,发现中柱的滞回能量最为集中,说明地震动作用下中柱的动力反应最大;通过对地铁车站结构的地震损伤过程研究,发现局部和整体损伤指数时程变化规律一致,在变形累积效应下表现出递增特性.     

无粘性土的地震主动土压力水平层法改进

为了研究主应力偏转对土压力的影响,基于拟静力法,考虑平移模式下挡土墙墙后土体的主应力偏转和土层间的水平剪力,改进水平层分析法,根据应力状态和静力平衡条件建立基本方程组,通过迭代搜索程序进行求解,计算得出滑裂面形状、地震主动土压力分布、土压力系数和合力作用点,并对其进行参数讨论．结果表明:对于无粘性土,搜索得到的滑裂面曲线形状近似直线,故简化计算时,采用平面滑裂面的假设比较合理;填土内摩擦角和水平地震作用对土压力分布的影响较大,墙土摩擦角和竖向地震作用影响相对较小．与传统拟静力法对比,两种方法所得的土压力分布基本吻合,但是,改进水平层法所得的曲线呈现非线性变化趋势．     

桩土作用对曲线梁桥地震响应的影响分析

为研究桩土作用对曲线梁桥抗震性能的影响,文中采用m法模拟桩土的相互作用,通过建立考虑桩土作用和不考虑桩土作用的两种有限元模型,对曲线梁桥的自振周期及振型特征进行对比分析.应用线性时程分析方法,探究了两种桥梁模型在地震作用下的结构位移响应及受力特点.结果表明:在考虑桩土作用下,结构的自振周期相对变长,但其低阶振型基本相同;受地震动作用时,考虑桩土作用的曲线梁桥的墩顶位移响应比未考虑桩土作用的模型要大,结构内力峰值相对较小,有利于抗震;对于在地震作用下受力较大的桥梁结构,进行抗震分析时应考虑桩土的相互作用.     

上覆分数阶粘弹性饱和场地土位移地震放大系数

考虑土体液相和固相的耦合作用,将基岩上覆场地土视为两相饱和多孔介质。为了考虑饱和场地土的粘弹性特性,其固相土骨架的应力应变关系利用分数阶Kelvin粘弹性模型来描述,建立了上覆分数阶粘弹性饱和场地土在简谐地震波作用下的运动控制方程。运用分数导数的性质并考虑上覆场地土的边界条件和透水性条件求解了上覆分数阶粘弹性场地土在简谐地震波作用下的振动问题,得到了饱和场地土的位移地震放大系数。采用数值算例分析讨论了分数导数的阶数、液固耦合系数、土体模型参数、基岩土体剪切模量比等参数对位移地震放大系数的影响。研究结果表明,分数导数的阶数、液固耦合系数、土体模型参数、基岩土体剪切模量比对饱和场地土的地震响应有较大的影响,通过压实场地土,可以达到增大液固耦合系数减小地震响应的作用,通过增大饱和场地土的粘性和剪切模量也可以减小地震反应。     

框架结构与桩基刚度比的改变对水平地震响应的影响

研究了框架结构与桩基刚度比改变对结构和桩基的水平地震响应的影响以及刚度比的合理取值区间。建立了桩-土-框架结构动力相互作用的三维整体有限元分析模型,分析了框架结构与桩基不同的刚度比对桩-土-框架结构水平地震响应的影响,绘制出桩基和框架结构的最大水平地震位移响应相对于刚度比的曲线,得到桩基和框架结构的最大水平地震位移响应相对于刚度比的变化规律。最后得到框架结构与桩基刚度比合理的取值区间为[0．15,0．24]的结论,同时指出存在最优刚度比。     

层间弯剪型高层结构的弹塑性地震反应分析

根据层间弯剪型力学模型,运用刚度矩阵缩聚法建立总侧移刚度矩阵,采用雅可比法求解结构动力特性,选用退化双线型滞回曲线作为层间恢复力模型,建立了高层建筑结构的弹塑性地震反应时程分析的有关公式和计算程序.通过算例的计算结果对比,证明这种计算结果与其他计算结果符合较好.     

考虑桩-土动力相互作用的钢管混凝土拱桥地震反应分析

以上覆土层为60m的主跨为85m，采用桩承墩基的钢管混凝土拱桥为分析对象，建立三维有限元模型．地基土采用服从Drucker-prager屈服准则的弹塑性模型，并且采用接触对方法模拟土与桩侧面的相互作用，分析了考虑土与结构动力相互作用效应的拱桥地震反应，并与不考虑相互作用的拱桥地震反应作了对比，发现动力相互作用对横桥向反应影响很大．