结构抗震设计的能量分析方法研究述评

近十余年来,关于能量分析方法在结构抗震设计中的应用问题受到国内外地震工程界的普遍关注,被认为是今后结构抗震设计理论的发展方向.本文从结构抗震设计中的地面运动输入及其参数的选取、结构地震响应分析、结构地震破坏状态评估和具体设计方法等四个方面,对能量分析方法的研究现状进行了综合分析和评述.     

埋地管道在地震波作用下的抗震性能分析

埋地管道是一种特殊的地下结构 ,地震时由于管道与砂土等介质的相互作用而引起管道运动 ,在管道中产生地震应力。针对地震波作用下埋地管道的运动特点 ,运用振动和抗震动力学理论 ,推导了埋地管道的振动运动方程和管土间相互作用的传递系数 ,进而求出了管道最大的轴向应力和弯曲应力。最后 ,通过实例分析讨论了土及管道参数对埋地管道抗震性能的影响     

基于Monte-Carlo法的土坡抗震可靠度分析

结合Morgenstern-Price条分法和Monte-Carlo数值模拟方法,采用拟静力的方法考虑水平和竖向地震加速度的作用,运用可靠度理论分析了地震效应和土性参数对土坡稳定性的影响,且将常规的可靠度分析结果和考虑土性参数空间变异性的可靠度分析结果进行了对比,计算结果表明:水平地震加速度、土性参数及其空间变异性对土坡稳定性具有显著的影响.     

基岩地震动随机特性有限元反分析算法

从有限元动力分析的基本原理出发,将地面地震运动看作一个随机过程,利用脉冲响应函数、随机振动理论和傅立叶变换原理,推导了由地面地震运动统计特性反算基岩地震运动统计特性的有限元反分析计算公式,提出了一种用于由地面地震动统计特性计算基岩地震动统计随机特性的二维有限元反分析法。该方法可由已知的地面地震动模型方便地计算出基岩地震动统计参数。算例表明:地层改变了地震动的频率组成,同时对基岩地震动有一定的放大作用,在地下结构抗震计算时,应以基岩地震运动作为地震动输入。     

核筒悬挂建筑结构体系的减震性能研究

通过建立核筒悬挂建筑结构体系的分析模型,分析了其动力响应的影响参数及设置,并推导了运动方程.分析表明,核筒悬挂减震结构具有显著减小水平地震作用的效果,是一种有着很好发展前景的结构体系.该研究工作为这种新型结构体系的工程应用提供了理论基础.     

基于DEM-SRM和盲数理论的边坡地震稳定可靠性分析

针对地震作用和边坡岩土体参数的多种不确定性,采用离散元强度折减法和盲数理论提出了一种边坡地震稳定可靠性分析方法.首先,基于离散元强度折减法和拟静力法计算分析地震作用下边坡的安全稳定状态,并结合响应面法和蒙特卡洛法建立地震边坡的极限状态方程,其次,运用盲数理论对边坡岩土体参数进行盲数化处理,并进一步建立地震边坡的安全系数...     

高速公路钢筋混凝土桥梁地震易损性曲线建立方法

总结了地震作用下高速公路钢筋混凝土桥梁主要构件的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,并且应该考虑到地面运动、本地土壤条件以及桥梁本身参数等不确定性.进一步说明如何考虑桥梁主要易损构件,如桥墩、支座和桥台等对整个桥梁体系易损性的影响,并且利用概率工具从单个构件的易损性直接预计桥梁体系的易损性,表明桥梁作为一个体系,比任何一个单独的构件更易损.     

考虑竖向地震影响的滑移隔震结构及其参数优化

对水平-竖向耦合地震作用下滑移隔震结构模型理论进行研究,建立其运动微分方程和滑移隔震结构参数优化设计模型。针对滑移隔震结构的特点,提出标准遗传算法的改进措施,并采用直接搜索算法与遗传算法相结合构成改进混合遗传算法。采用改进混合遗传算法对6层滑移隔震结构进行参数优化设计,可以很好地分析竖向地震作用对隔震层的影响。表明优化设计模型与优化设计算法对于滑移隔震结构的参数优化是有效的。     

马鞍板屋盖单层工业厂房的地震作用分析

目前在江苏地区出现了大量以马鞍板为屋盖的单层工业厂房,但国内外对该类结构的抗震性能研究较少.本文对马鞍形板屋盖的单层工业厂房进行了多遇地震作用下的分析,探讨了地震波及各种结构参数的变化对结构自振特性和地震反应的影响,得出了厂房跨度越大,结构基本周期越大,结构所受的地震作用效应也越大等结论.采用有限元软件ANSYS对结构进行了数值分析,通过对理论研究结果与数值计算结果进行分析比较,并对此类结构的抗震设计提出了建议.     

结构广义调谐体系及其减震控制的参数影响分析

针对工程结构调谐减振体系的地震反应控制,提出广义调谐体系的概念,从地面输入的复频域分量入手,对广义调谐体系的影响参数进行了理论分析.文中将广义调谐体系模型化为上下两质点模型,采用复频域地面激励输入,得出了稳态响应解析式,得出了调谐体系地震反应的4个主要影响参数,进一步分析得出了窄带激励下调谐子结构周期的优化配置.在此基础上,计算分析了其它参数对调谐体系位移反应和底部剪力幅值的影响,包括调谐子结构与主结构质量比ρ、主结构与激励的周期比βsE、结构阻尼等参数的影响.最后评析了多高层结构在地震作用下调谐减震控制的有关问题,指出了提高质量比ρ的重要性及方法,对拓展调谐减振体系的减震研究应用具有指导意义.     

利用纵波探头测量横波速度的试验

横波测试时岩石内也存在纵波，纵波幅值较小且先于横波达到，确定横波的初至时间相当困难．对具有较大平面的岩块，可以利用纵波探头测定横波速度。将两个纵波探头平行放置在同一平面，利用润滑脂耦合。发射探头对岩块法向脉冲后产生纵波，同时在其垂直方向产生横波沿该平面的方向传播．横波引起的质点振动方向垂直于岩块表面，可以由纵波探头接收。由于探头端面并不是一个点，以两探头中心点距离计算将得到横波速度的上限值，而以探头内侧距离计算则得到其下限值。     

An evaluation of numerical approaches for S-wave component simulation in rock blasting

The shear wave(S-wave) component of the total blast vibration always plays an important role in damage to rock or adjacent structures.Numerical approach has been considered as an economical and effective tool in predicting blast vibration.However,S-wave has not yet attracted enough attention in previous numerical simulations.In this paper,three typical numerical models,i.e.the continuum-based elastic model,the continuum-based damage model,and the coupled smooth particle hydrodynamics(SPH)-finite element method(FEM) model,were first introduced and developed to simulate the blasting of a single cylindrical charge.Then,the numerical results from different models were evaluated based on a review on the generation mechanisms of S-wave during blasting.Finally,some suggestions on the selection of numerical approaches for simulating generation of the blast-induced S-wave were put forward.Results indicate that different numerical models produce different results of S-wave.The coupled numerical model was the best,for its outstanding capacity in producing S-wave component.It is suggested that the model that can describe the cracking,sliding or heaving of rock mass,and the movement of fragments near the borehole should be selected preferentially,and priority should be given to the material constitutive law that could record the nonlinear mechanical behavior of rock mass near the borehole.     

四川省汶川地震灾区干线公路典型震害特征分析

 基于地震灾区的大量调查、检测、评估与抢通保通的成果,概括介绍了汶川大地震后四川省公路总体损毁情况;归纳总结了四川省国省干线公路工程路基、路面、桥梁、隧道等结构物典型震害特征,并从地质和工程角度简要的分析了震害产生原因。桥梁毁坏程度与发震断裂的距离有很大的关系,隧道破坏程度不仅与发震断裂距离有关,而且与组成围岩的岩性有关,断裂带附近软硬相间的沉积岩隧道震害较为严重,花岗岩隧道震害轻微。边坡震害与断层带距离和组成边坡的岩性、坡度等有关,断裂带附近花岗岩、石灰岩及砂岩等组成的高陡边坡崩塌、滑坡等次生地质灾害非常严重。     

Experimental relation between shear strength under low pressure and S-wave velocity of rock subjected to mechanical weathering

The reduction in the shear strength of rock exposed on slope surfaces due to mechanical weathering is a ubiquitous phenomenon in regions where extreme environmental conditions prevail, i.e., repeated changes in temperature and moisture. In dealing with the slope instability problems in such regions, the long-term effects of weathering on the strength, deformation and durability characteristics of exposed rock are envisaged in this study. Therefore, in addition to conducting multiple-cycle standard slake durability tests on rock samples taken from the lithologies of Pakistan and Japan, and on artificial soft rock, the decrease in strength and stiffness is also studied by reproducing mechanical weathering in the laboratory. The reproduced laboratory weathering (RLW) is conducted with a new device that enables vacuumed saturation, freezing, thawing, drying and cooling under a maintained level of confining pressure. The decrease in strength, stiffness and durability is elucidated from the test results, which indicate that rock having a very low level of reference strain (shear strength/modulus at small strain) is resistant to RLW and slaking. Intact rock exhibits very low reference strain and this reference strain increases with an increase in the degree of weathering, which is the case of weathered rock. The decrease in the strength of rock is an important property for judging the safety of rock slopes undergoing weathering. Thus, the relation between the strength and the S-wave velocity of rock undergoing weathering is established. The authors recommend the use of this relation for a quick assessment of the strength of rock by briefly measuring the S-wave velocity of the weathered surface layer. The relationship will assist practitioners in quickly screening potentially unstable slopes.     

巷道围岩爆破地震效应的模拟和解析对比分析

对某巷道围岩爆破工程进行数值模拟来分析爆破地震波在围岩中的传播规律,通过数值模拟分析结果与解析解进行对比,发现两者得出的结论类似。在爆破地震波的影响下围岩质点的峰值速度变化呈一定规律,对不同径向距离和轴向距离条件下质点峰值速度的变化规律进行比较,可以发现围岩中质点的峰值速度随着径向距离呈现正负号交互的波浪式衰减,即围岩可能出现交替拉压状态以及分区破裂现象,而质点峰值速度随着轴向距离的变化相对简单,主要表现为非线性的快速衰减。     

各向异性岩石纵、横波的波速比特性研究

通过对板岩、千枚岩、糜棱岩和变质砂岩等4种各向异性岩石在平行和垂直层理或板理的3个正交方向上进行大量的纵、横波波速试验，并结合对相关文献中已有岩石波速数据的深入分析，提出岩石介质纵、横波波速比的各向异性效应。这种效应广泛存在，其发育程度受到岩石类别的控制。在试验所用的4种岩石中，板岩和千枚岩的波速比的各向异性明显，而糜棱岩和变质砂岩则不甚发育。波速比的各向异性特征主要表现为垂直层理方向上的波速比普遍小于平行层理方向，且两方向波速比的相对增量还随着垂直层理方向上的波速比的增大而逐步减小。基于横观各向同性弹性介质的波速方程，还进一步通过具体算例对这一特征进行较好的理论分析。     

压力型锚索动态响应的应力数值模拟分析

在边坡抗震的实际案例中,压力型锚索展现了其优异的抗震性能,目前,压力型锚索抗震性能的研究成为了岩土工程的研究热点之一。为了深入研究压力型锚索锚固段在地震荷载作用下的动力响应,利用FLAC3D软件建立了一个岩体的力学参数随深度变化的压力型锚索体系模型。通过数值模拟方法,研究了锚索孔半径、沿注浆体轴向方向的位置、地震强度、初始张拉预应力大小对注浆体受到的压应力和接触面上剪应力时程分析的影响;研究结果表明,它们对注浆体受到的压应力时程曲线和接触面上的剪应力时程曲线影响很大。本研究具有较强的实用性,研究成果丰富了压力型锚索锚固机理内容,可为压力型锚索体系的抗震优化设计提供参考。     

基于爆破振速的隧道围岩力学参数反演

采用FIAC3D为正演工具对山岭隧道爆破开挖产生的边墙振速进行数值模拟,结合正交设计和均匀设计试验得到训练样本和测试样本,建立反映围岩参数与振速非线性关系的BP神经网络模型,并基于隧道现场实测爆破振速反演得到围岩的弹性模量和泊松比等参数。结合反演得到的围岩力学参数,建立隧道地质计算模型,对爆破振动条件下围岩的稳定性分析进行数值计算,结果表明,采用数值方法计算得到的爆破振速理论值与现场实测结果吻合较好,说明基于爆破振速的围岩参数反演方法是合理可行的。     

含气饱和度对碳酸盐岩声波速度影响的试验研究

 用试验方法探讨碳酸盐岩的纵横波速度、纵横波波速比随不同含气饱和度的变化关系。结果表明：(1) 随着含气饱和度的增加,纵波速度、纵横波波速比总体呈减小趋势,而横波速度几乎不受影响。(2) 声波频率对纵横波速度、纵横波波速比都有一定影响,不同频率下的纵横波波速比主要分布范围不一样,Sg = 0%时的纵横波波速比大于Sg = 100%时的纵横波波速比。(3) 将完全饱和的岩石模拟为水层,随着水层中含气量的增加,纵横波波速比从背景值开始递减,递减幅度越大说明水层逐渐向气层过渡,同时结合纵波速度递减的特点为利用声波测井资料指示气层奠定理论基础。(4) 所探讨的纵横波波速比可为碳酸盐岩气层识别提供一定的参考依据,但实际应用时还需结合其他相关参数才能更准确地评价储层。