部分输入未知条件下结构参数及激励识别

针对部分输入未知条件下的结构参数和荷载识别问题,提出一种改进的基于最小二乘准则的自适应加权迭代算法。该方法通过引入自适应学习因子和加权正定矩阵,以任意假定的未知外激励作为初始迭代条件,以相邻两次迭代后荷载的识别值的误差作为收敛判断准则,有效地改进了迭代收敛速率、稳定性和识别精度。同时,针对比例阻尼,对现有非线性参数识别的松弛法进行改进,提出一种转换算法。通过一个具有15个自由度的高层数值模型的模拟数据和一个4层结构模型的动力试验实测数据分别验证了该方法有效性,同时,分别探讨了噪声水平、权重系数、学习因子等对算法收敛性的影响。数值算例和基于模型动力测试数据的识别结果表明,该算法具有稳定的收敛特性,参数和荷载识别精度高以及对测量噪声的鲁棒性强的特点。     

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。     

基于强震记录快速识别场地液化的频率下降率法

提出了一个以频率下降率为基本指标的依据强震记录快速识别场地液化的新方法。将可液化场地简化为双质点模型,给出了液化导致场地水平自振频率下降的计算公式,推导出了频率下降率的下限值。以此为基础建立了一套基于强震记录快速识别场地液化的方法,并用实际地震记录对其可靠性进行了分析。结果表明:应用本文提出的方法,不仅成功地识别了液化场地和非液化硬土场地,也成功地识别了软土但非液化的场地。     

一种基于冲击响应的装配式板梁桥铰接缝病害动力评估方法

提出一种基于冲击响应频响函数和模型修正理论的装配式板梁桥铰接缝病害动力评估方法。将铰接缝整体平均刚度作为待识别变量,以特定频率段内的频响函数相关性指数构造目标函数,改进既有的有限元模型修正技术,从而实现对病害铰接缝的定位以及损伤程度的定量识别。数值分析结果表明：利用文中所提方法可实现对全桥多个铰接缝不同程度病害的同步识别,且计算效率高;所提方法抗噪能力较强,可保证收敛到全局最优解;冲击荷载施加位置和测点布置位置对病害识别结果影响较小。对某装配式板梁桥进行现场动力试验,更新改造前后评估结果与桥梁实际状态相符,从而从实际应用角度证明所提方法的可靠性和实用性。     

基于场地土非线性性质的SSDI体系动力特性研究

现有常规抗震设计方法均假定地基为刚性,忽略场地土非线性性质对基础与上部结构动力特性及地震反应的影响。为了将土的非线性性质更好地应用于现有抗震设计和工程实践中,采用有限元方法,选用Davidenkov地基模型并定义其参数,利用ANSYS重新启动分析方法实现程序对土体材料的非线性模拟。通过算例,对土–结构动力相互作用体系进行ANSYS模拟与分析,充分考虑土的非线性以及土体与结构接触界面的状态非线性,对比了刚性地基条件下与非线性土地基条件下上部结构的动力反应,研究了结构不同高度处动力反应的变化规律,同时考察了不同性质地基土非线性性质对整个SSDI体系位移、速度与加速度非线性反应的影响,进而研究体系的抗震性能。与已有实验研究结果对比表明,本文方法具有很强的实用性,符合土–结构动力相互作用的实际工作机理,为研究土的动力特性并将其应用于工程实践提供了重要的理论依据。     

基于对数骨架曲线的时域本构及其应用

土层非线性地震反应分析的等效线性化方法会严重降低某一中频段增大相应的高、低频段的地震动非线性效应,且土体的塑性变形影响无法体现,尤其软弱土层、薄覆盖层场地地震反应分析结果与实际观测不符。从一维土层场地时域非线性地震反应分析出发,提出一种基于G/G 0,λ-γ试验曲线确定的对数骨架曲线的函数表达式,其特点是渐近线上升较缓慢。基于Mashing准则,以加卸载转折点应力应变为参考应力应变点建立了对数动骨架曲线本构函数表达式。在此基础上,提出了基于对数动骨架曲线土体本构的交叠差分格式一维土层时域非线性地震反应分析方法,并以Microsoft Visual C++6.0为开发平台,自行编制了一维土层地震反应分析程序Soilresp1D,开展了于软弱土层、薄覆盖层场地和场地影响台阵场地的时域非线性地震反应计算分析。与基于双曲动骨架曲线本构的时域分析结果、等效线性化分析结果以及实际地震动观测记录对比,展现了提出的对数动骨架曲线本构的可行性及合理性。同时,对比结果表明,基于对数动骨架曲线本构的土层时域非线性地震反应分析方法适用于不同类型场地的地震反应分析,且尤其表现为对数动骨架曲线本构滞回圈较宽、阻尼比退化系数较大,更好地体现了实际土体的非线性和塑性特性。     

珊瑚岛礁场地非线性地震反应特征分析

南海珊瑚岛礁的地震安全问题是一个亟需解决的基础性科学问题。以某南海珊瑚岛礁为研究对象,开展了16组饱和珊瑚砂试样的动三轴试验,发现采用修正Matasovic本构模型描述珊瑚砂的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的,并给出了相应的模型参数。详细考虑岛礁场地的工程地质特性和珊瑚砂的动力非线性特性、自由场非均匀网格划分和人工边界条件,尤其强调了土体应力–应变滞回曲线的不规则加卸载准则,建立珊瑚砂岛礁场地的二维非线性地震反应分析模型,分析了珊瑚岛礁场地峰值加速度放大系数的空间变异特征、地表加速度反应谱的谱形与持时特征。结果表明:①峰值加速度随场地高程的增加总体上呈增大的趋势,10 m以浅放大效应显著,灰沙岛和港池区域尤为显著;②基岩输入地震动频谱特性对珊瑚岛礁地表谱加速度的谱形影响显著,地表谱加速度在周期小于0.7 s部分的反应非常显著。③地表地震动持时较之输入地震动持时均有所减小,地形地貌特征对地表地震动持时有一定程度的影响。该研究结果对南海类似珊瑚砂岛礁军事和民事功能设施的抗震分析具有借鉴意义。     

非水平成层场地上核电结构时域土-结相互作用分析

目前核电土-结相互作用分析的主流软件SASSI,采用频域等效线性化,不能很好地考虑土体强非线性,且仅适合于水平成层场地。时域土-结相互作用分析方法可以考虑土体强非线性以及非水平成层场地,但效率较低,难于用于实际工程。采用一种高效的时域土-结构动力相互作用分析的分区算法,地基无限域通过集中质量显式有限元和黏弹性人工边界进行模拟,上部结构通过隐式有限元方法进行分析,两者可采用不同的时间步距,并通过MPI通信协议,实现并行计算。以某一核电结构模型为例,分析了某非水平成层场地上核电结构在三向地震波输入下的反应,验证了该方法的高效性和用于大型实际工程的可行性。     

非水平成层场地上核电结构时域土–结相互作用分析

目前核电土–结相互作用分析的主流软件SASSI,采用频域等效线性化,不能很好地考虑土体强非线性,且仅适合于水平成层场地。时域土–结相互作用分析方法可以考虑土体强非线性以及非水平成层场地,但效率较低,难于用于实际工程。采用一种高效的时域土–结构动力相互作用分析的分区算法,地基无限域通过集中质量显式有限元和黏弹性人工边界进行模拟,上部结构通过隐式有限元方法进行分析,两者可采用不同的时间步距,并通过MPI通信协议,实现并行计算。以某一核电结构模型为例,分析了某非水平成层场地上核电结构在三向地震波输入下的反应,验证了该方法的高效性和用于大型实际工程的可行性。     

场地微动各向异性分析及其应用

目前 ,场地微动的理论研究和工程应用均基于各向同性介质模型 ,这与实际情况不符。本文首次提出了场地微动各向异性的概念 ,并从弹性波理论出发 ,对各向异性场地微动进行了研究 ,分析了场地微动各向异性的机制 ,得出了一些有益结论。这对于深入研究各向异性场地条件下场地动力特性、预测地震动力特性、结构抗震研究具有非常重要的意义     

区域场地近地表速度结构建模研究

近地表速度结构是全面考虑城市区域场地地震效应,精细模拟地震动场及建筑群震害的基础.针对复杂交错沉积的区域场地,建立了先基于工程地质先验信息限定交错土体边界,利用序贯指示模拟求解各类交错土体空间概率分布,再依据剪切波速与工程地质结构的空间相关关系,借助序贯高斯模拟构建波速结构模型的方法;在搜集分析钻孔波速资料基础上,构建...     

动剪切模量比与剪切波速对地震动影响及等量关系研究

采用数值模拟方法,研究动剪切模量比和剪切波速对地震动的影响问题,并以对地表加速度反应谱影响为标准研究动剪切模量比变化与剪切波速变化间的对等关系,同时建立了等价关系式,分析中考虑了场地类别、场地遭遇地震强度和地震输入波型的影响。结果表明:①动剪切模量比误差和剪切波速误差对地震动都有着重要影响,在土体强非线性和软弱场地中影响更为强烈,实测的动剪切模量比和剪切波速比真实值低时较比真实值高时对地表反应谱影响更大,三类场地0.1g地震输入时动剪切模量比6%误差或剪切波速25%误差的影响已经不可忽视;②对不同的场地类别、场地地震烈度和地震输入波情况,动剪切模量比单独变化与剪切波速单独变化对反应谱的影响都具有对等关系;③动剪切模量比误差对地震动的影响程度要大于剪切波速误差,二者对地表反应谱的敏感性相差3～5倍,绝对误差相同时动剪切模量比降低情况下与剪切波速的敏感程度相差更大。     

全局等效线性化土层地震反应分析方法

强非线性下土层地震反应数值模拟方法是国际难题,等效线性化是该类问题最佳求解方式之一。提出了全局等效剪应变的概念和算法,编制了新的等效线性化土层地震反应计算程序。研究表明,以0.65倍最大剪应变为等效剪应变的传统方法不适于土层强非线性应变模拟,采用全局优化,以可参与性和完整性为原则构建全局等效剪应变。可参与性由有效剪应变门槛值确定,以峰值超过门槛值的所有剪应变波共同参与计算来实现剪应变信息的完整性,并采用零交法保证等效剪应变与剪应变时程之间有唯一对应关系。以KiK-net井下台阵46个场地、地表PGA为0.04g~1.21g的1963组实测记录为样本,对该方法和现有其它方法进行了对比检验,结果表明所提出的概念和公式正确合理,可很好地解决模拟强非线性下场地地震放大作用的问题。     

蓝田花岗岩冲击压缩特性的实验研究

岩石在高应变率下的动力学性能研究在国防和民用建设中具有重要意义。在57mm气炮上利用电磁法研究了蓝田花岗岩冲击压缩特性。采用正向冲击法和反向冲击法两种实验构形，冲击压力范围为78MPa～5．2GPa。蓝田花岗岩声学特性和动力学特性与其他花岗岩有较大差别，其Hugoniot曲线在约0.47GPa时有明显的拐折，这与球形被实验的相应结果基本一致。由于蓝田花岗岩具有明显的铁磁效应，在冲击波作用下激发强电磁场，这会严重干扰测量波形。反向冲击法可以有效地减少这种干扰，其在研究岩石类特殊材料的冲击压缩特性时有明显的优点。     

围压对土动剪模量和阻尼比影响的简化计算方法

围压对土的初始动剪模量、阻尼比、动剪模量比和阻尼比随剪应变的变化关系（G/Gmax-λ 和h-λ等性质产生明显的影响.通过总结分析已有研究和经验模型,确认围压对初始动剪模量和阻尼比的影响.以M.B.Darendeli的研究为基础,得出了由常规围压状态下土动剪模量和阻尼比与剪应变的关系曲线来分析任意围压状态下其关系曲线的简化计算方法,在不考虑围压引起G/Gmax-λ 和h-λ 曲线形状变化的条件下,直接由剪应变值计算动剪模量和阻尼比.通过试验结果的统计回归分析,提出了砂土和黏性土的主要参数建议值.与已有经验模型和试验结果的分析对比表明,所获得的围压状态下的土性质曲线具有足够的工程精度.将该方法与等效线性化方法结合可方便地进行考虑围压影响的一维场地地震反应分析.上海地区典型深厚场地的地震反应分析表明,由基岩反应谱计算地表反应谱时,在大震作用下宜考虑围压对土性质的影响.     

南京新近沉积土动剪切模量比与阻尼比的试验研究

通过对南京淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉质粘土与粉砂互层土、粉土、粉砂和细砂等6类新近沉积土120个原状土样、历时4 a的试验研究,给出了南京6类新近沉积土的动剪切模量比G/Gmax和阻尼比D随剪应变幅值γ变化的平均曲线的拟合曲线及其参数的推荐值。为便于一般工程借鉴,给出了该6类新近沉积土的G/Gmax–γ和D–γ试验曲线的典型值。该成果有利于加深对南京新近沉积土动力特性的认识,并对该地区一般工程建设场地的地震安全性评价工作具有借鉴和参考价值。     

恒应变率下的岩石三轴动态变形过程模拟方法

针对岩石动态变形特点,首先引进Kelvin模型研究思路与方法,将岩石变形过程中的动态应力视为静态应力分量与动态应力分量的叠加,分别以黏性元件和非线性元件模拟岩石单元的动态应力分量与静态应力分量,并建立出岩石动态应力的力学分析模型;然后在此研究基础上,利用黏性元件的力学特性和统计损伤理论分别建立出黏性元件和非线性元件变形过程模拟方法,进而得到岩石三轴动态变形过程模拟方法,并提出其模型的参数确定方法;最后通过实例分析与讨论,表明该模型不仅能反映岩石动态变形过程的应变软化特性,而且能较好地反映加载速度或应变率对岩石三轴动态变形过程的影响,具有较强的合理性和可行性。     

抗爆门抗爆性能实验研究

抗爆门结构设计尚无现成设计标准、规范可循,设计结果可能会出现安全性不足或过于保守等情况。对抗爆门试件采用等效荷载法进行设计并对其抗爆性能进行了实验,通过测试作用于试件上的冲击波压力荷载和试件在冲击波压力荷载作用下的动态应变,研究了抗爆门试件在爆炸冲击波压力荷载作用下的抗爆性能和动力响应特性,供抗爆门设计参考。     

Experimental study of stress wave propagation across a filled rock joint

Dynamic properties of rock joints are of great interest to mining engineers, seismologists and geoscientists in characterizing the dynamic mechanical behavior of discontinuous rock mass. An experimental study of stress wave propagation across filled rock joints has been carried out using a modified Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) apparatus. Two granitic bars cored from a rock site were used as the incident and transmitter pressure bars in the SHPB tests, while a sand layer of different widths and water contents sandwiched between the two bars was adopted to simulate the filled joint. Each pressure bar was mounted with two strain gauges with a specific spacing. A wave separation method was used to process the test data. The dynamic stress–strain relation of the filled rock joints was derived from the separated strain waves. Finally, the dynamic stress–strain relations from the tests were curve-fitted by using the least square regression method and compared with a traditional joint model. It was found that the wave separation method is very effective for the SHPB tests using short granitic pressure bars. It was also concluded that the joint width and water content had significant effects on the dynamic stress–strain relation of the filled rock joints. Existing joint models were not able to sufficiently describe such dynamic properties of the filled rock joints.     

坝坡地震永久变形分析

结合大坝工程实例,根据堆石料的大型动三轴试验结果,确定了坝料的残余体应变和残余剪应变模式,特别是非饱和料的残余体应变模式.在所建立的面板坝三维非线性动力反应有限元法基础上,结合孔隙水压力扩散和消散的计算,建立了一套同时计入残余体应变和残余剪应变的面板堆石坝地震永久变形的计算方法.最后,结合案例进行了地震永久变形的计算,分析了坝体地震永久变形的量值和分布情况,为大坝的抗震设计提供了有力的技术依据.