大型沉井基础地震反应分析中侧向边界的影响

以苏通大桥沉井基础方案为例,通过数值分析,分析土层侧向人工边界设置位置对沉井基础地震反应计算的影响。探讨了土层和结构地震反应随土层计算范围不同而变化的规律。为在计算大型沉井基础的地震反应有限元分析中,合理确定有限土域范围提供依据。当土层单侧外延为土层厚度的4倍时,土层中人工侧向边界对沉井地震反应(如单元的弯矩、剪力和轴力等)的影响可以控制在1%的相对误差之内。     

Rayleigh波作用下桩-土-桥梁结构动力相互作用问题研究

基于等效粘弹性人工边界单元建立了可考虑成层介质及Rayleigh波输入的二维有限元时域模型,计算了Rayleigh波作用下成层介质与均匀介质的自由场反应,与理论解比较表明有限元计算结果具有较好的工程精度。针对Rayleigh波作用下桩-土-典型刚构桥梁结构动力反应进行了分析,考虑了场地条件的不同、软夹层位置的改变、不同频率Rayleigh波的输入以及桩长对Rayleigh波传播与场地地震反应的影响,对影响因素进行了讨论。     

下卧刚性基岩条件下场地土-结构体系地震反应分析方法研究

下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型是一个能量“半开放-半封闭”系统。它与完全的能量“开放”系统土-结构体系地震反应分析模型的不同之处是其采用了域内惯性力的地震动输入方式,这与刚性基岩-结构体系地震反应分析模型的地震动输入方式是相同的。不同于刚性基岩上的结构地震反应分析模型,下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型需要考虑半无限土层对截断边界处的影响。就笔者-所见,目前有许多研究者和工程技术人员对这一问题有错误的理解,认为截断边界的影响只是一个人工边界处理问题,分析中仅采用人工边界条件模拟了截断边界对辐射能量的影响,而忽略了一个更重要的影响因素--下卧刚性基岩条件下场地土的自由场效应。为澄清这一问题,基于土-结构体系地震反应的直接分析模型,严格推导了下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析方法,指出在通常的工程经验尺度内遗漏自由场运动效应将得不到正确的计算结果。     

土-结构相互作用对储液结构动力反应的影响研究

该文建立了考虑土-结构动力相互作用和流固耦合效应的储液结构-土体近场有限元模型,利用人工边界技术模拟半无限地基的波动辐射效应,采用人工边界子结构法实现地震波在近场模型中的输入,在此基础上,研究了土-结构动力相互作用对储液结构地震反应的影响。研究结果表明,考虑土-结构相互作用时,储液结构-液体耦联自振频率整体向低频方向移动,且与不考虑土-结构相互作用的模型相比,出现了额外的有土体参与的自振模态。受地震波频谱成分和储液结构自振频率变化的影响,在不同输入地震波和储液量下,土-结构相互作用对结构地震反应峰值呈现不同的影响规律。对于峰值地震反应过后的后续波动,当考虑土-结构相互作用时,由于下部土体与结构相互作用产生的散射波不断向外部辐射扩散,并最终被人工边界吸收,导致储液结构及其内部水体的振动幅值快速衰减。     

部分排水条件下土—结构动力相互作用

本文研究土－结构相互作用体系地震反应的分析方法，考虑含水饱和土地基，并将其极为固液两相体，用Ｂｉｏｔ动力固结理论进行分析，对整个土－结构相互作用体系采用有限元计算模型，对有限元方程的求解，建议采用一种无条件稳定的交叉求解法，文中对动力相互作用问题的地震输入及求解方法的各主要方面进行了讨论，并用数值算例展示了解法的有效性及相互作用的影响。     

考虑桩径效应的桥梁结构地震风险分析

桩-土-结构相互作用是桥梁结构地震反应分析的重要问题,其中桩径效应不应忽略。以一座三跨连续梁桥为例,研究桩径效应对桥梁地震风险的影响。具体建立三种有限元模型:模型一是同时考虑桩-土-结构相互作用和桩径效应;模型二是考虑桩-土-结构相互作用,但没有考虑桩径效应;模型三是墩底固结的简化模型。通过增量动力分析方法计算桥梁结构的地震易损性曲线和地震风险曲线,对三种模型的计算结果进行对比分析。结果表明,同时考虑桩-土-结构相互作用和桩径效应的模型对应地震易损性与地震风险最高;墩底固结的模型对应地震易损性和地震风险最低。     

土层地基上建筑结构混合控制的减震效率

研究土 -结构相互作用对结构混合控制减震效能的影响。首先建立了土层地基上结构混合控制的运动方程 ,通过不同输入地震波、不同土层剪切波速、不同结构参数等条件下的数值分析 ,讨论了桩基础对结构混合控制减震效率的影响规律。数值结果表明 :对于土 -结构相互作用体系 ,采用混合控制的减震效率明显要强于单一的 TL D的减震效率 ;在土层较为坚硬的情况下 ,混合控制仍具有较高减震效能 ;随着土层变软 ,土 -结构相互作用减小结构地震反应的效应趋于明显 ,混合控制的减震效率明显降低 ,因此 ,对软土地基上的结构实施混合控制时 ,必须先要正确分析土 -结构体系的地震反应。     

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。     

地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析

基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明:桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。     

地震作用下地下商业街结构动力反应的影响因素分析

为研究在不同类型的地震波作用下软土场地中地下商业街结构的地震反应及其影响因素,该文以上海软土场地中某单层地下商业街结构为背景,采用ANSYS软件建立场地土与地下商业街结构相互作用体系的三维有限元分析模型,通过引入三维等效粘弹性人工边界单元,以不同类型的地震波作为输入,对地下商业街结构地震反应的影响因素进行了分析,探讨了地下商业街结构埋深、土体刚度和输入地震波选取对结构地震反应的影响。该文的算例结果表明:地下商业街结构地震反应存在最不利埋深;土体刚度对地下商业街结构地震反应值的影响明显;长周期地震波作用下地下商业街结构的地震反应值明显大于普通地震波作用的结果。     

二维土-结构地震动力相互作用时域有限元分析

土与结构动力相互作用是地震工程研究中的一个十分重要的课题。给出了分析地震作用下二维土-结构动力相互作用的时域有限元方法。重点放在如何模拟瞬态波在无穷介质中的传播以及如何实现地震动的输入方面。在给出的有限元过程中,地震动的输入方法以及用于截断无穷介质以获得有限计算域的局部透射人工边界都是基于柱面波动方程推导建立的,这种方法非常简单有效,结合Newmark时间积分法是无条件稳定的,使得时域计算有效而可靠。数值算例验证了这种方法的精度和有效性。     

地震波斜入射下考虑局部地形影响和土结动力相互作用的多跨桥动力响应分析

在地震工程研究中同时考虑局部地形效应和土与结构动力相互作用对结构动力响应的影响是一个困难的问题。该文基于多源粘弹性人工边界理论,利用通用有限元程序ANSYS建立了一种可以同时考虑地震波入射角度、土与结构动力相互作用及局部地形效应等因素影响的有限元分析模型。利用这一模型对一座5跨连续梁桥进行了动力响应分析,结果表明：结构...     

考虑动力相互作用的地下平面钢框架地震反应分析

建立了一种考虑结构与围岩动力相互作用的地下离壁式框架结构地震反应有限元分析模型,该方法采 用杆系模型模拟框架构件,围岩采用平面应变单元,在人工边界截取问题上采用了多次透射公式。在此基础上,对某拟 建大型地下多跨多层钢结构建筑的地震反应进行了分析,结果表明离壁式建筑设置水平支撑对改善结构构件的内力特 征具有明显的作用。     

水平层状饱和场地地震响应分析的等效线性化方法

采用饱和土层和半空间精确的动力刚度矩阵,建立了求解P波、SV波斜入射情况下水平层状饱和场地地震响应的一维等效线性化分析方法。将饱和场地退化至干土场地进行方法验证,并将该文结果与二维有限元程序FLUSH结果进行对比,验证了该文方法的准确性。以天津市区某典型饱和场地为例,分别比较了P波和SV波入射情况下饱和场地线性、非线性地震响应之间的差别,以及饱和场地、干土场地非线性地震响应之间的差别,并讨论了入射角度和透水条件等因素对地面运动加速度峰值的影响,总结了饱和场地非线性地震响应的一些基本规律。     

近场数值波动分析中地震波输入的一种简化方法

在显式有限元方法结合黏弹性人工边界的时域波动方法的基础上,建立了地震波垂直输入时的一种简化输入方法。将近场有限元模型沿高度方向进行分层,将地震动的入射运动转化为作用于人工边界底面及分层后每层侧面上的均布力,以实现地震动的输入。与以等效节点力的方式实现的地震动输入相比,施加均布力的方式简化了地震波输入的前处理工作,且又能保证与等效节点力方式相同的精度。自由场数值算例表明：当本文方法中的分层高度与波动有限元网格离散要求的最大尺寸相等时,本文方法与等效节点力方法具有相同的精度;当局部区域按网格离散要求的最大尺寸进行分层而在其它区域放大分层高度时,局部区域上的近场波动响应仍可保证具有相当高的精度。另外,某隧道结构地震响应算例的计算结果同样说明了本文方法的有效性。     

斜入射下水下地基场地地震输入的一维化时域方法

地震波斜入射下水下地基场地地震动输入问题,是涉及水层、饱和多孔介质和基岩三种不同性质介质耦合的复杂问题,目前理论成果还很匮乏。该文在现有的成层饱和多孔介质平面波斜入射的一维化时域方法的基础上,建立了水下地基场地的一维化时域计算方法。该计算方法依据Snell定理,将地震波斜入射下水层波动的空间二维问题转化为简单的一维问题,通过考虑水层与饱和多孔介质层交界面、不同饱和多孔介质交界面以及基岩与饱和多孔介质层交界面的边界条件,将已有的成层饱和土的一维化有限元方程与水层的一维化有限元方程组装,采用单相弹性介质精确人工边界条件模拟基岩半空间的波动辐射和输入特征,形成了水下地基场地的整体有限元方程,借助于中心差分法和Newmark法相结合的时步积分法,推导了地震波斜入射下水下地基场地各节点动力响应时程的显式表达式。通过与傅里叶变换得到的理论解和现有的文献进行了对比,初步验证了该文时域算法的有效性和精度,为地震波斜入射下水下地基场地地震动输入提供了一种新型高效的研究方法。     

基于纤维模型的拱形断面地铁车站结构弹塑性地震反应时程分析

采用基于粘弹性静-动力统一人工边界的静-动力联合分析方法,并采用钢筋混凝土纤维模型程序THUFIBER模拟地铁车站结构,使用大型通用有限元软件MSC.Marc对北京市一座拱形断面结构型式的单层三跨岛式站台车站进行了水平向弹塑性地震反应时程分析.计算结果表明:结构边跨拱形顶板的中段、柱上端是水平方向加速度与位移反应强烈部位;柱是结构抗震受力最不利部位,且柱上端与下端所受轴力相差不大,但柱上端所受到的弯矩更大,这使得在强地震作用下,柱上端有可能在较大弯矩作用下先于柱下端破坏;拱形断面结构型式可以有效的减小作用在拱形顶板上的弯矩,而代之以承受相对较大的轴力,因此相对于矩形断面结构型式,拱形断面的受力要更合理和更有利.此外,数值分析结果还表明:相对于目前广泛采用的设计基本地震加速度,对地铁车站等地下结构进行抗震分析及设计时采用自由场地面与基岩间的峰值相对位移(PGRD)作为设计地震动参数更为合理和有效.     

澳凼第三大桥斜拉桥的动力特性及线性地震反应分析

结合一座澳门澳凼第三大桥斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序 ANSYS,选取空间BEAM188、BEAM4 及 SHELL63 单元建立动力计算模型,对比研究了主塔墩底在假定固结和考虑桩土共同工作这两种边界约束处理方式下的动力特性。采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了线性地震反应分析,讨论了在两种振型组合方法和三组振型数情况下结构地震响应的最大值。在时程分析中,合理地选取三条地震波分别沿桥的纵、横向输入,得出了主梁和中塔的内力、位移分布规律及时程响应。