基于隧道-土体体系的时域子结构损伤识别方法

城市轨道地下结构在复杂环境和自身材质劣化等多因素作用下会产生不同程度的损伤,影响城市轨道地下结构的正常服役性能。为了实现城市地下结构的损伤诊断,本文基于动力响应灵敏度模型修正算法,提出了一种时域子结构损伤识别方法,实现了无需输入力和界面力信息情况下结构的损伤识别。针对城市地下结构的超长线状特性和复杂性,以隧道-土体体系的有限元模型为基础,推导了时域子结构动力响应关于结构刚度变化参数和力的正交参数的灵敏度矩阵,同时结合动力模型缩聚技术以降低结构的自由度数量,采用提出的时域子结构损伤识别方法可准确识别出隧道衬砌结构的损伤位置和程度,并与整体结构分析对比,验证了时域子结构识别方法的高效性。     

层状土地震反应分析中的输入波

文中对层状土地震反应分析时输入波的考虑方法作了评述,认为用平均加速度反应谱来反映基岩输入运动是一种值得推荐的方法。为此利用近年来国内外的一些统计结果,给出基本烈度为7°,8°,9°时考虑震级、震中距影响的基岩运动谱特征。同时建议用考尔人工地震波法产生层状土地震反应分析时的输入波。     

混凝土坝-基岩地震动力相互作用时域有限元分析

混凝土坝地震响应分析是坝工安全评估的关键一步。坝与基岩动力相互作用对混凝土坝地震响应具有重要影响。因此,建立一个可考虑坝与基岩动力相互作用影响的数值分析方法是十分必要的。给出了分析混凝土坝–基岩系统地震响应的时域有限元法。在时域有限元分析中,地震波的输入以及地基辐射阻尼的模拟常常是2个十分重要的课题。基于柱面波动方程提出了能同时实现地震动输入和模拟地基辐射阻尼的方法,这种方法非常简单有效,几个数值算例验证了方法的精度和有效性。最后,对混凝土重力坝地震响应进行了数值分析,结果表明无限地基辐射阻尼的影响是显著的。     

混凝土坝–基岩地震动力相互作用时域有限元分析

混凝土坝地震响应分析是坝工安全评估的关键一步。坝与基岩动力相互作用对混凝土坝地震响应具有重要影响。因此，建立一个可考虑坝与基岩动力相互作用影响的数值分析方法是十分必要的。给出了分析混凝土坝–基岩系统地震响应的时域有限元法。在时域有限元分析中，地震波的输入以及地基辐射阻尼的模拟常常是2个十分重要的课题。基于柱面波动方程提出了能同时实现地震动输入和模拟地基辐射阻尼的方法，这种方法非常简单有效，几个数值算例验证了方法的精度和有效性。最后，对混凝土重力坝地震响应进行了数值分析，结果表明无限地基辐射阻尼的影响是显著的。     

随机子空间法参数识别与有限元分析

随机子空间法是近些年来发展起来的一种线性系统识别方法,可以有效地从环境激励的结构反应中获取模态参数。属于时域的方法,这种时域识别方法基于状态空间模型,仅利用结构输出反应,避免了传统的人工识别和迭代过程。它不仅可以识别结构的频率,而且可以识别结构的阻尼和振型。介绍了随机子空间的理论,用该方法对一框架模型进行参数识别,通过与有限元识别结果的比较证明了随机子空间方法不失为一种有效的模态参数识别方法。     

空沟对层状饱和地基中列车移动荷载的隔振性能研究

基于Biot流体饱和多孔介质理论,建立含空沟层状饱和地基–轨道耦合动力系统,研究了空沟对移动列车荷载引起层状饱和地基振动的隔振问题。方法首先将系统分解为含空沟层状饱和地基和轨道两个子结构,然后采用2.5维间接边界元方法(IBEM)求解含空沟层状饱和地基在移动均布竖向线荷载作用下的动力响应,同时求解轨道在移动列车荷载和均布竖向线荷载共同作用下的动力响应,最后通过令轨道竖向位移与层状饱和地基表面轨道中心处竖向位移相等实现两者的耦合。文中通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均质饱和地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算分析,研究了饱和地基参数和隔振沟参数对隔振效果的影响。数值结果表明,层状饱和地基中空沟的隔振效果优于均质饱和地基中空沟的隔振效果;且饱和地基中空沟的隔振效果优于相应单相弹性地基中空沟的隔振效果;另外,空沟深度、饱和土孔隙率和基岩与饱和土层刚度比等也对空沟的隔振效果有着重要影响。     

横观各向同性层状地基上任意形状刚性基础动力响应求解与分析

基础动力响应的求解对于更好地理解结构–地基相互作用具有重要的意义,而以往的相关研究主要求解各向同性层状地基内的频域解,对于横观各向同性层状地基,尤其是时域解目前较少有相关报道。针对横观各向同性层状地基,利用积分变换方法、混合变量技术以及改进相减模型求解得到了任意形状基础动力响应的时域解。数值算例验证了算法的准确性,同时针对横观各向同性属性中水平向和竖直向材料参数的不同对时域内基础动力响应的影响进行了参数分析。结果表明,地基的非均质特性对于基础动力响应有显著的影响,在实际工程中应予以考虑,以求得到更加精确的结果。     

成层地基一维土层地震反应解析解

１　前　　言　*对于土层地震反应,只有当模型简单时,才可以得到封闭解析解或半解析解。假定地震输入是竖直向上入射的平面剪切波,土层地震反应问题常简化为一维波动问题,对于变参数一维土层地震反应,可从两个方面求解解析解或半解析解：一是针对单层地基,假定模型参数随深度变化规律已知进行求解［１,２］;二是针对成层地基,每层土层取不同模型参数进行求解［３～５］。文献［３～５］采用的是等效线性化解法或传递矩阵解法,属于半解析解。本文针对成层地基,把基岩输入地震化作边界静止不动而在计算域各点上作用着惯性力的问题进行计算,建立了成层地基一维土层地震反应定解问题,并给出了成层地基在任意基岩地震输入作用下、时间域内     

运转工况下离心机转子模态参数的识别及分析

在运转工况下,利用时域识别方法识别了几种情况下矿棉离心机转子系统的模态参数。对有关结果进行了比较分析,给出了矿棉离心机现场状态监测和故障诊断措施的初步建议。     

夹有软弱土层的层状场地对入射SH 波的响应分析

采用横观各向同性层状弹性体模型模拟半空间上部的层状场地,根据在ＳＨ波入射时这种场地的动力刚度矩阵及基岩输入运动场地响应的计算公式,对夹有软弱土层的层状场地的响应进行了计算,计算结果表明,夹有软弱土层的层状场地与一般的层状场地的频谱特性有明显的区别,但并非总是减小场地的响应,在某些频率处其响应甚至要超过后者,这一点应引起注意。     

土–桩–隔震结构动力相互作用体系振动反应特性试验研究

软夹层地基条件必将会对隔震结构的隔震效率及其动力反应特性产生一定的影响。鉴于此,基于软夹层地基上基础隔震结构地震反应的振动台模型试验结果,对比分析了不同频谱特性和不同强度地震动作用下软夹层地基、基础隔震层和隔震结构的振动加速度反应特征,初步给出了软夹层地基上土–桩–隔震结构动力相互作用体系的振动反应特性及其规律。结果表明,试验设置的模型地基基本上能够反映软夹层地基的地震反应特性。同时,输入地震动频谱特性及其强度对软夹层地基上基础隔震层的隔震效率及其隔震结构的动力反应规律都具有明显的影响,造成上述影响的主要原因应为软夹层地基明显改变了输入地震动的频谱特性和强度,起到了天然隔震的作用,其具体影响规律和影响程度还需做进一步的深入研究。     

Dynamic centrifuge tests on isolation mechanism of tunnels subjected to seismic shaking

Isolation layer is one of the countermeasures to enhance seismic safety of tunnels. Its behavior under earthquake is affected by many factors such as shape of the tunnel, stiffness of the isolation layer and the characteristics of the input motion. However, current knowledge on the effects of these parameters on the seismic behavior of isolation layer is limited to lack of experimental data. This paper focuses on the mechanism of isolation layer, especially the efficacy of input motion frequencies on the seismic behavior of a square tunnel with isolation layer around its outer surface. Dynamic centrifuge tests were carried out on model tunnels which took isolation layer as seismic countermeasure using input motion of sinusoidal waves of different frequencies. Actual records of ground motions, magnified to approximate 15 g peak acceleration, formed the basis of the excitations to verify the actual efficacy. Due to the difference between model material (aluminum alloy) and prototype material (concrete), the similar flexural deformation law and the similar axial deformation law could not be satisfied simultaneously. Given the fact that cross-sectional moments were one of the main factors that influenced the safety of tunnels under dynamic loadings, the similar flexural deformation law was accepted in model preparation. The results show that the bending strains of tunnel with isolation layer around its outer surface are lower than those of tunnel without isolation layer, which indicates that isolation layer has positive effect on moment reduction, especially at corners. Increasing of the input motion frequency decreases the dynamic cross-sectional bending moments. In addition, isolation layer has little influence on frequency contents of acceleration response of tunnel. This study has clarified the mechanism of isolation layer on shock absorption, which is proved to be an effective method to improve the safety of tunnel against earthquake.     

一种改进的Pasternak地基模型及层合地基板的解析解

从三维弹性力学基本方程出发,建立了正交异性材料层合板的状态方程,并提出一种改进的Pasternak弹性地基模型,给出了四边简支层合地基板的解析解。此解满足层合板的基本方程和层间连续条件,适合任意厚跨比,计及了所有材料常数,考虑了基底切向接触应力的影响。算例讨论了地基参数对几种地基模型的影响。计算结果表明,随着地基刚度的增大,剪应力的影响是不可忽略的。     

Simplified Soil-Structure Interaction Analysis Using Efficient Lumped-Parameter Models for Soil

Efficient lumped-parameter models recently developed by the authors for generally representing the vibrations of foundations are applied in this study to perform simplified soil-structure interaction (SSI) analysis for seismic excitations. A number of important computational issues, especially the determination of an appropriate input motion modified from the foundation input motion, are discussed for effectively incorporating the lumped-parameter models with the structural parameters to represent the whole structure-foundation-soil system. It is found that the modification of the foundation input motion is dependent on the frequency and may increase to a significant level in the high frequency range. It is also demonstrated that the application of the lumped-parameter models can accurately represent the time responses of the actual SSI system. More specifically, since the adopted lumped-parameter models exhibit better accuracy in approximating the translational foundation vibrations than in the cases of rotational foundation vibrations, results from the numerical example indicate that relatively more significant error can be induced in conducting the simplified SSI analysis for the slender system.     

张掖地区季节冻土场地上的地震动效应

针对季节冻土地区一场地,进行了现场地脉动观测,并在观测点采集原状土样。采用动三轴试验,取得了融土和冻土的动力学参数,如土层的剪切模量比和阻尼比等。讨论了具有季节冻土层的场地上地震动反应分析的输入问题,包括边界条件、地震动时程和土层参数。利用这些参数和场地地震危险性分析结果,应用一维剪切梁模型,计算得到场地在季节冻土层消融前后的地面强震地震动参数。进一步假定不同的冻土层厚度,计算得到地震动峰值参数和反应谱随冻层厚度变化的规律,以此分析了冻土层对地震动效应的影响。对场地所做的地震动计算结果表明:地表的冻土层对强震有一定的抑制作用,冻土层对地震安全性有正面影响,此效应随冻结深度的增加而加大;而场地的卓越周期随冻土层厚度的增大而减小。对于季节冻土地区的抗震设计具有一定的意义。     

基于神经网络的深基坑沉降预测模型比较

神经网络预测为深基坑预测提供了一种有效的路径。运用哪种模型较优,输入层、输出层、隐含层参数如何选取,对预测的结果都有一定的影响,本文结合实际轨道交通工程案例,以深基坑沉降监测数据为例,对常见的几种神经网络预测模型进行了对比分析,对几种模型的残差、均方根误差(RMSE)和绝对平均误差(MAE),收敛次数这几个方面进行对比,结果表明遗传算法神经网络对深基坑沉降监测数据预测较为有效,同时对模型参数的选取提出了建议。     

Nonlinear vibration of laminated plates on an elastic foundation

This paper studies the effects of initial stresses on the nonlinear vibrations of laminated plates on elastic foundations. The nonlinear partial differential equations based on Mindlin plate theory are derived for the nonlinear vibration of laminated plates in a general state of nonuniform initial stress. Both rotary inertia and transverse stress are considered. Using the derived governing equations, the nonlinear vibration behavior of an initially stressed cross-ply plate on a Pasternak or Winkler elastic foundation is studied. The Galerkin's approximate method is applied to the governing partial differential equations to yield ordinary differential equations. The ordinary differential equations are solved by Runge–Kutta method to obtain the ratio of nonlinear frequency to linear frequency. The initial stress is taken to be a combination of a pure bending stress and an extensional stress in the plane of the plate. It is found that the foundation stiffness and initial stresses may result in a drastic change of the nonlinear vibration behavior. The frequency responses of nonlinear vibration are sensitive to the initial stress, vibration amplitude, modulus ratio and foundation stiffness. The effects of various parameters on the nonlinear vibration are discussed.     

复合材料层合壳体热弹耦合简化模型

为有效分析复合材料层合壳体单向耦合的热弹性问题,基于变分渐近方法(VAM)建立热弹性简化壳体模型.根据Hamilton扩展原理建立层合壳体三维能量方程,并利用壳体固有小参数将三维能量渐近扩展为系列二维近似能量方程.将近似能量转换为工程常用的Reissner-Mindlin形式,并推导三维场重构关系以准确重构沿厚向的三维场分布.通过热/力环境下4层复合材料层合壳体的柱形弯曲算例验证:该理论建模速度快(等效单层板模型,相比三维有限元法可减少2～3阶计算量);具有很好的非线性逼近能力(收敛于精确解).     

考虑相互作用影响的堆石料动力参数反演

通过黏弹性人工边界及相关的等效结点力法实现了半无限域的地震动输入,采用多种群遗传算法和径向基神经网络构建参数反演平台,建立了考虑坝基相互作用及辐射阻尼影响的土石坝动力参数反演分析模型。多种群遗传算法优化得到坝体堆石料动力参数,可有效避免传统遗传算法的早熟问题;经过训练的径向基神经网络描述模型参数和加速度反应谱值之间的映射关系,节省参数反演的计算时间。对鲤鱼潭大坝动力参数的反演结果表明,测点加速度与实测值吻合较好。考虑相互作用的反演得到堆石料最大动剪模量系数C值最大,刚性地基模型反演结果居中,室内动三轴试验值最小,工程应用时室内试验值应予以修正。