基于小波包变换的长周期结构高频地震动瞬态反应研究

高频地震动对长周期结构的影响往往不被重视,结构瞬态振动的作用通常被忽略。借助小波包分解,以简谐地震反应为理论基础进行多自由度体系在实际地震动作用下的瞬态反应计算。通过长周期和短周期结构工程实例的瞬态反应计算,揭示了长周期结构在高频地震动作用下的瞬态振动规律。研究结果表明,结构在低阶振型的振动位移主要受瞬态反应的影响;长周期结构在高频地震动作用下随建筑物高度的增加,瞬态振动的影响愈加显著。因此,高频地震动作用下,长周期结构的瞬态振动不能被忽略,其最大值甚至超过结构在地震激励期间所发生的共振位移,由此提出以结构基本自振频率与激震频率之比值作为划分长、短周期标准的建议。     

地震作用下大跨度悬索桥纵向破坏模式研究

地震作用下结构破坏模式研究是合理保证结构震后安全性的基础,而目前对大跨度悬索桥破坏模式的研究还很少。在大跨度悬索桥中,主缆、加劲梁、吊索等构件组成柔性悬吊体系一般采用钢结构,而主塔为核心支撑构件,且目前在我国修建的大跨度悬索桥中,基本都是门式或框架式的钢筋混凝土桥塔。因此,地震破坏模式的研究重点为大跨度悬索桥的钢筋混凝土桥塔。借助大型有限元分析程序,以润扬大跨度悬索桥的设计方案为背景,对地震作用下大跨度悬索桥纵向破坏模式及其特征展开探讨,发现其桥塔地震破坏模式为具有同时性特征的双塑性铰破坏模式,此失效模式表明此时塑性铰依次形成机制不存在,其屈服后的塑性性能是否能如中小桥梁一样被大幅利用以及如何利用,应由桥塔的塑性动力稳定决定。     

基于位移的非规则梁桥抗震设计

为防止非规则梁桥在地震下的不确定破坏,需要对其进行基于位移的抗震设计。以一类常见的非规则梁桥横桥向作为研究对象,采用推倒分析探讨如何建立合理的能力谱,提出如何将此能力谱与非弹性需求谱组合来预计非规则梁桥的地震位移需求,最后,在此基础上提出一种非规则梁桥基于位移的简化抗震设计方法。结果表明:以反应谱分析的位移形状作为分布力模式推倒结构,以最先屈服墩墩顶节点作为位移参考点,得到的推倒曲线可作为能力谱,其弹性段、低屈服段和高屈服段对应的位移形状比例系数需要分别取值;此能力谱与非弹性需求谱的组合能够预计非规则梁桥的地震位移需求,相应的基于位移的简化抗震设计方法能够对非规则梁桥进行合理的抗震设计。     

正交正放单层鞍型网壳在强震下的失效研究

对跨度40m正交正放单层鞍型网壳在强震作用下的失效机理进行研究。通过典型算例探讨结构在强震作用下的响应特征,考察结构的节点位移、不同屈服程度杆件比例、不同失效程度杆件等多项结构响应随荷载强度递增的变化规律;可认为单层鞍型网壳在强震下发生明显的动力强度破坏,综合结构的典型响应提出一种失效极限荷载的确定方法。在系统参数分析的基础上,讨论高跨比、屋面质量、初始缺陷等因素对结构失效极限荷载的影响规律,并讨论考虑下部支承结构刚度因素对上部鞍型网壳强震失效极限荷载、失效模式的影响规律。     

无桥台伸缩缝多联桥跨结构地震碰撞响应研究

针对地震作用下多联长桥结构中伸缩缝处的碰撞破坏,提出一种取消桥台伸缩缝保留两联间桥墩伸缩缝的新型多联桥跨结构。用Kelvin接触单元模拟桥台伸缩缝和桥墩两联间伸缩缝在地震作用下的碰撞效应,构建包括墩柱、主梁、支座和伸缩缝在内的全桥空间动力分析模型。依托某市立交体系中一座独立多联长曲线匝道桥梁工程,建立4个计算模型;分别输入2组地震波的单维和多维8种地震动工况;利用非线性时程分析法,研究各计算模型在多种地震输入工况下桥台伸缩缝和桥墩两联间伸缩缝的碰撞响应差异。结果表明:无桥台伸缩缝多联桥跨结构可以有效消除或减小地震荷载作用下桥跨结构中伸缩缝处的碰撞破坏,是一种十分有利的抗震结构形式。     

结构静力非线性分析与弹塑性时程分析结果的统计关系及残余变形计算

选取100条地震波并标准化为地面峰值加速度为0.1g～0.5g的地震波,采用Takeda和Kinematic恢复力模型对单自由度体系进行弹塑性时程分析;同时使用100条地震波获得的不同阻尼比的弹性加速度反应谱,基于Takeda、Kinematic模型,采用欧洲规范的方法,对单自由度体系进行静力非线性分析;建立静力非线性分析结果与弹塑性时程分析结果的统计关系以及单自由度体系残余变形与最大塑性位移的统计关系。分析表明：弹塑性时程分析结果的平均值与静力非线性分析结果的关系在一定程度上受地面峰值加速度和结构自振周期影响,基本不受结构刚度退化比影响;基于Takeda和Kinematic模型的静力非线性分析结果略低于弹塑性时程分析结果的平均值,而基于欧洲规范方法的静力非线性分析结果则高于弹塑性时程分析结果的平均值;残余变形与最大塑性位移的关系明显受地面峰值加速度和结构刚度退化比的影响。     

考虑初始静应力状态的土–地下结构非线性静、动力耦合作用研究

 针对已有研究方法的不足,开展土–地铁车站结构静、动力耦合作用理论和计算方法的初步研究,建立土–地下结构静、动力耦合非线性相互作用的物理力学分析模型,在此基础上开展一般场地上双层多跨大型地铁车站结构在静、动力耦合作用下的力学反应及其地震成灾机制研究。研究结果表明：在静、动力耦合作用下,双层多跨大型地铁车站结构构件出现地震震害的先后顺序为：中板与侧墙连接部位处的下表面、中柱顶底端、顶板与侧墙的连接部位下表面、底板侧跨中部上表面、顶板中跨与柱的连接部位上表面;(2) 中柱的顶、底端和侧墙的底部为抗震最不利的部位,当输入地震动强度较小时,这些部位只发生局部受拉或受压破坏,当输入地震动强度增强时,这些部位往往会发生受拉和受压破坏交替出现的严重破坏;(3) 具有脉冲特性的近场地震波更易造成地铁车站结构的动力损伤或地震破坏。     

大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法

 水电站地下洞室群埋深大,在动力分析时若将模型建至地表将使网格规模庞大,不利于分析效率的提高。提出适合于大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法。该方法将大范围、粗网格的地下地震波动场计算与小范围、细网格结构动力计算分开,分别建立粗网格和细网格模型进行分析。首先,根据深部基岩的地震波传播特性,采用幅值线性折减的方法对地表加速度时程向基岩深处推算,得到在模型底边界的加速度时程,再输入模型可算得大范围的地震波动场。其次,把结构计算模型边界节点放入波动场计算模型中插值,可获得计算模型边界条件,最后,完成地震荷载的输入。算例表明,推算所得模型底部加速度时程考虑工程具体条件,比规范规定的单一折减系数更能反映实际工程的地下地震动特性。同时,在地下洞室的地震响应分析中,地震波过早被地表反射或不考虑地震波的反射,都会对计算结果造成误差,动力子模型方法能够在保证计算结果精确性的同时,使细网格的计算模型不建至地表自由面,可显著缩减网格规模,提升动力计算效率。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

地震波作用下桩-锚支护切方直立土坡的动力响应分析

桩-锚联合支护是边坡加固和治理工程中极为有效的支护形式。开展地震荷载作用下桩-锚支护土坡动力响应研究,对分析桩-锚支护土坡的抗震性能及在地震中的破坏机理,合理指导边坡支护抗震设计等方面都具有十分重要的意义。通过建立一个切方直立土坡概化模型,按常规设计参数建立桩-锚支护体系;通过数值分析获得边坡静力条件下应力-应变状态和...