SH波作用下饱和地基表面刚性圆形基础扭转振动分析

利用半解析的方法研究了饱和地基表面刚性圆形基础在倾斜入射SH波作用下的扭转振动问题。假设基础以下为Biot波动方程描述的饱和半空间,通过Hankel变换把Biot波动方程转化为常微分方程进行求解。将土体中的波场划分为自由波场、刚体散射波场及辐射散射波场三部分。根据土体中波场的划分,结合基础与饱和半空间接触面的混合边值条件,建立两组描述刚性圆形基础扭转振动的对偶积分方程并用Nobel变换方法将其化为第二类Fredholm积分方程。通过求解Fredholm积分方程并结合基础刚体动力平衡方程,求得了基础在SH波作用下的扭转振动表达式。最终通过数值算例分析了波动频率、入射角度,基础扭转惯性矩以及饱和土体参数等对基础扭转振动的影响。     

平面波作用下饱和地基表面刚性圆形基础的竖向振动分析

 基于Biot波动方程,研究饱和地基表面刚性圆形基础在入射P1及SV波激励下的动力响应问题。为考虑地基与基础的相互作用以及基础对入射波的散射,引入辐射波场及刚体散射波场。将饱和地基视为Biot波动方程描述的饱和半空间,并假设土与基础紧密接触且接触面完全透水。运用Hankel积分变换求解土体控制方程,并结合地基与基础接触面的混合边值条件及基础的动力平衡方程,得到入射波作用下基础竖向振动振幅的表达式。最终通过数值算例分析入射波频率、入射角度、基础质量以及饱和土体渗透性等对基础竖向振动的影响。研究结果表明,当基础分别受P1及SV波作用时,两者之间的竖向振动特性有较大差异。     

基于FLAC3D的斜入射地震波作用的数值模拟方法研究

地震动输入是进行土层场地或土-结构相互作用体系地震反应分析的重要一步。通过波场分解,将人工边界上的波动场分解为自由波场和散射波场,其中人工边界上的自由波场根据波在自由表面的反射理论求得,散射波场由黏性人工边界直接吸收,进而在人工边界上施加等效荷载实现斜入射地震波作用的输入。借助MATLAB辅助计算程序和FLAC3D的前后处理功能,进行不同角度(0°和30°)入射条件下SV波作用的时域数值模拟计算,数值解和理论解吻合较好。算例表明,采用黏性人工边界和等效荷载输入方法具有较高的计算精度,建立的数值模拟方法为土层场地和土-结构动力相互作用在地震波斜入射下的反应分析提供了简单易行的计算途径。     

不同地震动输入下弦支穹顶结构的动力稳定性

本文采用基于B-R运动准则改进的动力稳定判别方法,结合结构的时程响应曲线,采用有限元软件ANSYS分别研究了El-Centro波、Taft波和天津波作用下不同矢跨比弦支穹顶结构的动力稳定性能和稳定形态,并作了比较。研究表明3种地震作用下,结构失稳形态均是非对称的;无论何种地震波下,结构的矢跨比越大,结构的稳定性越强;对于同一种矢跨比结构,El-Centro波作用下的结构动力稳定临界值最大,结构动力稳定性最好;天津波作用下的结构动力稳定临界值最小,结构动力稳定性最差。由此可见,不同的地震波作用下结构的动力稳定临界荷载值不同,仅通过一条地震波来研究结构的动力稳定性能是片面的。     

边界元法模拟含随机分布裂纹介质中波的传播

利用二维弹性动力边界积分方程解决了地震波在含裂纹介质中的散射问题。给出了二维空间中裂纹呈平均分布、正态分布和指数分布模型图。从记录到的波场散射图看到,裂纹不同空间分布会导致散射特性的极大不同。而且,当裂纹横向长度不变,纵横比增加时发现,波场通过该裂纹区时能量被俘获的更多,波传播持续时间更短,衰减更快,但由于这种分布能量更容易集中,使得波通过裂纹区后产生了较强的局部能量。     

动力扰动导致巷道围岩层裂结构及冲击矿压的数值模拟

煤矿生产中存在着大量的动力扰动,常导致采矿巷道和采场围岩局部失稳,诱发冲击矿压发生。在一定条件下,动力扰动可简化为平面应力波。针对片帮型冲击矿压,采用数值方法模拟应力波作用下巷道围岩层裂结构的形成过程,探讨巷道围岩层裂结构的形成与巷道埋深、岩体弹性模量及应力波强度、时程特性的关系,进而讨论“小进尺、弱爆破”可减小扰动应力波诱发冲击矿压的机制,得到一定地质条件下动力扰动诱发冲击矿压的条件。     

地震作用下大型地铁车站结构三维动力反应分析

引入三维等效黏弹性边界单元,阐述波动散射问题的自由波场输入方法,推广应用于三维水平成层半空间模型,采用集中有限元质量模型和有限差分的概念将地震动场转化为施加在人工边界节点上的等效荷载。基于某大型地铁车站,利用大型通用有限元ABAQUS软件建立考虑土–结构动力相互作用的三维有限元整体计算模型,通过局部人工边界的施加,实现了开放系统向封闭系统的转换,对土–地铁车站结构动力相互作用的整体三维模型进行模态分析,得到车站以及地基的振型特征。分析地铁车站结构在SV波及P波地震波作用下的反应,得到相应的内力分布规律和结构不利位置。从分析结果可以看出,地震波横向SV波输入时对车站结构最不利,结构刚度突变位置的构件内力也存在突变,而P波对结构的轴力影响较大。     

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。     

地震作用下钢筋混凝土筒仓动力特性及变形分析

这里运用大型通用有限元软件ANSYS建立起大型钢筋混凝土筒仓三维有限元模型,对其进行了动力特性分析和两组天然波一组人工波的时程分析,分析结果表明结构前四阶均为平动,第五阶以后出现扭转,结构在TAFT波作用下位移反应最为强烈,但是最大值仍然满足规范要求,结构的整体刚度设计合适。为大型或超大型混凝土贮煤筒仓的结构设计提供一些可参考、有价值的数据和建议,供技术人员参考。     

基于隔震技术的古建筑抗震保护研究

为了确保古建筑的抗震安全性,将隔震技术应用于古建筑。采用数值模拟方法研究了古建筑隔震,建立了非隔震和隔震两种古建筑有限元模型,进行了动力时程分析。通过输入不同频谱的RH4TG035波、TH2TG035波和TH4TG035波,对比分析了两种模型在地震作用下的位移、加速度时程曲线。结果表明:设置隔震层后,非隔震结构和隔震结构的振动形态不同,非隔震结构做下小上大的摆动型振动,隔震结构以隔震层为分界点,上部结构做整体型的刚体振动。与非隔震结构相比,隔震结构的相对位移和相对加速度时程反应较小,表明设置隔震层可以有效地减小地震响应,从而能够保护古建筑的抗震安全性。     

薄弹性软弱夹层的动力响应模型

软弱夹层是岩体中的薄弱部位，其动力响应问题是岩体工程稳定性分析中的一个重要问题。但是，以往对其动力响应的研究大多是采用数值模拟方法，基于应力波传播理论的解析方法应用不多，而且多局限于层状介质中的SH标量波。软弱夹层通常较薄，厚度比入射波波长小，其动力响应问题更接近于波场散射问题，忽略夹层内部反射波的波传播模型不再成立。为此，提出一种考虑夹层内一次反射波的动力响应模型，并以平面P波为例，给出了一个薄弹性软弱夹层的动力响应模型，分析其动力响应的一般特征。该模型物理概念清晰、算法简单实用，尤其适用于层状介质的动力响应问题，对充填贯通型节理岩体动力学特性的研究有借鉴作用。     

海洋波导中刚性球及旋转椭球前向散射场时频特征的畸变

利用波导中目标声散射理论的简正波方法,数值模拟了自由空间和浅海均匀波导中刚性球、旋转椭球的散射场,分析了波导中刚性体前向散射时频特征的畸变规律。仿真结果表明:波导中刚性体的前向散射时域波形与频谱特征受波导制约;目标散射场的固有特征受波导色散特征的调制,时频谱上呈现出由于色散的简正波间的耦合而导致各简正波能量条纹界限模糊的现象。时频特征的畸变程度与组成散射共振系统的波导、目标的尺度以及散射体布放深度有关,随波导底质透声能力和深度增加、散射体散射强度(信混比)增强而减弱。     

混凝土结构孔洞的高频弹性波散射

基于弹性波动理论,利用波函数展开法,对混凝土结构孔洞的高频弹性波散射问题进行了研究,给出了结构中弹性波波场分析解的表达式,分析了不同入射波频率情况下的散射波场特征。分析表明,入射波频率的改变对波的衰减特征有重要影响。     

液化场浅埋地下结构动力特性数值分析

应用FLAC3D作自由场典型液化数值模拟试验、刚性结构对液化场影响试验、液化场浅埋地下结构动力特性试验、弹性场浅埋地下结构动力特征比对试验。试验结果再一次揭示了砂土液化典型特性:体积压缩积累增大, 有效应力降低, 超静孔隙水压升高。试验证实了液化的隔振作用:砂土在液化状态不能传递剪力,其加速度、速度、位移振幅显著衰减。试验得出: 刚性结构有抑制周围土液化的作用。计算结果表明,液化场中浅埋地下结构的加速度反应比弹性场要小,但液化场中结构的应力应变却比弹性场大。在场地基底水平振动荷载作用下,弹性场浅埋地下结构的受力变形特点以剪切型变形为主,液化场浅埋地下结构受力变形特点以对称弯曲型变形为主。     

斜坡地面框架结构受力特点分析

为了考察位于斜坡地面上框架结构的受力特点,分别建立了短向坡地、长向坡地和双向坡地三类计算模型,并分别考虑地面高差为1层与2层时的情况。详细分析了坡地建筑与平地建筑在结构动力特性、水平地震作用下的侧向位移与层间位移角、考虑偶然偏心作用时的扭转位移比、楼层侧向刚度比以及结构内力等方面的差异。分析结果表明,坡地建筑地下室侧向刚度较小,结构自振周期较长,平动振型与扭转振型相互耦联。随着地面坡度增大,结构自振周期增幅以及平动、扭转耦联程度随之加大。在水平地震作用下,坡地建筑地下室墙体顶点楼层的侧向位移与层间位移角均明显大于平地建筑。短向坡地建筑地下室对上部结构嵌固效果较好,长向坡地建筑次之,双向坡地建筑最差。在水平地震作用下,坡地建筑地下室顶板及其下部相邻层楼板应力与楼面梁轴力显著增大。随着地面坡度增大,楼板应力与楼面梁轴力增幅加大,而且影响范围向下延伸。针对坡地建筑受力的特点,提出相关的设计建议。     

软硬交互横向不均匀场地地震反应分析

软硬交互横向不均匀场地十分常见,其在强震作用下的地震反应对工程结构的安全有着重要影响,然而目前还很少有针对该场地地震反应分析的研究。基于精确动力刚度矩阵和均布荷载动力格林函数的间接边界元方法,经快速傅里叶逆变换,在时域内求解了层状半空间中软硬交互横向不均匀场地的地震反应问题。求解中将模型分解为含较硬介质的层状半空间域和较软介质域,同时将总波场分解为自由波场和散射波场两部分,通过在相应边界上施加斜线和水平线虚拟均布荷载,进而求解动力格林函数以模拟散射波场,自由波场可由直接刚度法方便求得。验证了方法的正确性,检验了求解模型的收敛性,进而开展了相应的数值计算分析,着重讨论了介质参数和软硬交界面倾角对场地地震反应的影响。研究表明:软硬交互场地中,较大的地表地震动响应发生在较软介质侧;软硬交界面的存在使得场地地表加速度响应发生突变,突变程度受介质参数和交界面倾角的影响显著;随着介质参数差异和交界面倾角的增大,地表加速度峰值增大,反应谱曲线显示短周期成分变得更为丰富,对基岩地震动的放大作用增强;软硬交界面对场地地表地震反应的影响主要在交界面外的两倍介质层厚度范围。     

沉积谷地对地震波的放大作用

采用间接边界元方法求解了弹性半空间中沉积谷地对入射平面P波的放大作用问题.平面P波入射下,沉积谷地周围波场可通过边界元法分别求解自由波场和散射波场,然后叠加得到.文中更还给出了相应的推导过程,且进行了数值计算,给出了一些有益的结论.     

刚体弹簧元法在钢筋混凝土构件动力分析中的应用

为分析钢筋混凝土结构在动力作用下的性能,采用刚体弹簧元法将结构离散为多段刚体,刚体间的变形通过块体间的弹簧变形来体现。弹簧元模型与实际结构之间满足刚度、荷载和强度三个方面的等效准则,实现非连续介质力学模型模拟连续介质模型,为钢筋混凝土的力学性能计算提供了一种有效的分析方法。     

转体桥施工阶段球铰平动-转动耦合摩擦运动理论研究

针对动荷载作用下转体桥球铰连接曲面刚度薄弱导致桥梁结构易失稳问题,利用解析方法,对球铰面接触点平动-水平转动空间位置关系、不同摩阻力偶计算公式进行推导,进行了球铰结构关键部位在动力荷载作用下的摩擦运动理论研究。得出了转体桥球铰在动荷载作用下运动形式为双转动耦合问题,同时总结了平动与转动不同摩阻系数计算方法并推导出桥梁多质点模型的运动矩阵公式。     

地下结构中柱在竖向地震作用下动力响应研究

使用了结构动力学有关理论,研究了当竖向地震发生时双层双跨地下结构上下两层中柱的动力响应。为了解决问题的简便,首先可以将地下结构作为刚体来研究,利用土—地下结构之间的相互作用获得刚体在竖向地震作用下的动力响应。然后,利用地下结构的对称性,取一半地下结构来进行研究计算,侧墙与底板、顶板的约束使用抗弯弹簧替换。之后,利用边界条件可以把刚体动力响应输入顶板和底板中,以便获得底板和顶板的剪力,最后得到上下两层中柱的受力情况。结果表明,竖向地震作用对双层地下结构上下两层中柱的作用是比较明显的,并有可能对地下结构中柱产生严重的破坏,同时下层中柱相比于上层中柱的竖向作用更加明显。