基于n维等效方法的岩质边坡楔体稳定体系可靠度分析

 提出岩质边坡楔体稳定体系可靠度分析的n维等效方法,建立考虑多失效模式相关的楔体稳定体系可靠度分析的概率故障树模型。采用四参数b 分布来描述可靠度分析中基本随机变量的分布。最后采用n维等效方法计算楔体稳定体系可靠度,并着重分析随机变量敏感性分析的3个层次及不同层次上的可靠度对基本随机变量的敏感性。结果表明,n维等效方法计算的楔体体系失效概率均在Cornell简单上下限法的范围内,它能够有效地评价楔体体系可靠度。概率故障树模型能够清晰直观地模拟多失效模式相关的楔体体系可靠度问题,忽略失效模式间的相关性将会明显高估楔体体系失效概率。此外,黏聚力和内摩擦角之间的负相关性对边坡的可靠度具有有利的影响。随机变量敏感性分为单一极限状态方程、单一失效模式以及体系可靠度3个不同的层次,在研究随机变量敏感性时必须明确相应的分析层次。水压力和结构面产状的敏感因子较大,因此布置良好的边坡排水系统以及进行详细的地质勘测工作是提高楔体可靠度有效的方法。研究成果为边坡风险分析奠定了一定的基础。     

四肢格构型钢管混凝土拱桥计算模式研究

以四肢格构型钢管混凝土拱桥的计算模式为研究内容,分别采用抗弯刚度等效法、轴压刚度等效法,根据假定条件推导出不同等效方法的计算公式,并通过计算实例,将等效法与空间梁单元法进行了对比,研究了等效板单元法换算弹性模量的取值范围,比较了横、竖向缀板按不同计算模式的计算结果和精度,得出了适用于四肢格构型拱肋截面的计算模式。     

二质点模型在Pushover分析中的应用

对常见的主要失效模式为下部破坏型结构在强烈地震作用下的位移需求估计,常规的Pushover方法和模态Pushover方法不能得到满意的结果。为此,本文提出等效成二自由度体系的Pushover分析方法,并推导了多自由度体系等效成二自由度体系的计算公式。分别采用常规Pushover方法、模态Pushover方法、等效成二自由度体系的Pushover方法以及时程分析法对8个7层平面框架结构进行了强烈地震作用下的位移反应分析,同时还对其中的一个结构进行了不同地震动强度水平下的位移反应分析。结果表明,等效成二自由度体系的Pushover分析方法能够较好地估计下部破坏型结构的位移需求。     

钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法研究

根据钢筋混凝土框架结构的特点,将其性能划分为使用良好、人身安全和防止倒塌三个水平,并用层间位移角限值予以量化;用作用倒三角形水平分布荷载的等截面悬臂柱的侧移曲线作为框架结构的初始侧移模式。在此基础上,将多自由度体系转化为等效单自由度体系,导出了相应的等效参数。结构的目标位移根据其性能水平确定,并用假定的侧移模式给予修正。在等效线性化的前提下,由等效位移用弹性位移反应谱求出等效周期,然后对结构构件进行刚度设计和承载力设计。最后用静力弹塑性分析方法对结构进行分析,校核结构的侧移形状与初始侧移模式是否一致,并用推覆至相应性能水平时的侧移曲线作为修正后的侧移曲线重新计算。算例分析表明,本文方法简单实用,便于操作,而且能够控制结构在不同强度水准地震作用下的性能。     

旗帜形滞回模型等效阻尼比数值研究

自复位结构在地震作用后能够恢复至初始位置，残余变形极小，其滞回模型通常呈现为旗帜形。针对旗帜形滞回模型的等效线性阻尼比开展了数值研究。通过构建一系列不同滞回参数和等效周期所对应的旗帜形非线性单自由度体系，选取大量的真实地震波记录，分别对非线性体系和等效线性体系进行动力时程计算，发现Jacobsen's Damping Secant Stiffness(JDSS)方法所得到的等效阻尼比存在较大的误差，进而通过迭代计算得到满足误差要求的等效阻尼比，分析了不同参数对其的影响。基于JDSS方法，对数值计算结果进行参数拟合，得出了修正公式，并对其进行验证，结果表明该公式能够满足设计需要。     

重力式挡土墙稳定性的结构体系可靠度分析

重力式挡土墙结构最主要的失稳模式是倾覆失稳和滑移失稳。为了计算重力式挡土墙稳定性的结构体系失效概率,首先分别建立重力式挡土墙结构抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性的功能函数,然后引入结构可靠度分析一次二阶矩法中的验算点法(JC法)分别对两种失效模式进行计算,得出两个相应的可靠度指标。将两种失稳模式视为串联系统,由逐步等效平面法计算结构体系可靠度指标,最后由结构体系可靠度指标计算出该挡土墙稳定性的结构体系失效概率。根据上述方法,利用MATLAB程序计算了某挡土墙,得出了结构体系可靠度指标和结构体系失效概率。     

底部剪力法中等效总重力荷载系数问题

《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)中,水平地震作用计算采用底部剪力法时引进了结构等效总重力荷载代表值的概念,对于多质点体系,该值取总重力荷载代表值的0.85。本文通过分析和实例对比计算指出,对质点数为二或三的体系,等效系数0.85偏低,尤其对二质点体系偏低超过10%;并提出了经调整后的等效系数,可供参考。     

钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式，主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏，对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少，尤其缺少快速准确的抗爆分析方法。基于等效单自由度模型理论，改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度方法，提出了直剪、弯剪联合破坏的判定准则，给出了两种破坏模式下钢筋混凝土梁动态响应的计算方法。进一步考虑爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏，提出钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法，并给出了其分析步骤。该方法可以直接评估爆炸荷载下钢筋混凝土梁式构件的破坏模式，并计算其动态响应。通过有限元软件LS-DYNA数值模拟了不同爆炸工况下钢筋混凝土梁式构件的动态响应和破坏模式，与改进的等效单自由度方法的计算结果进行了对比，验证了提出的改进等效单自由度分析方法的正确性。     

基于位移模式的改进能力谱法结构位移反应分析

能力谱法是基于性能抗震设计方法中结构位移反应分析的有效方法之一。为了克服常规的能力谱法在评估结构地震反应时只考虑结构第一振型的局限性,本文作者提出了基于位移模式的改进能力谱法,引入考虑多振型的位移模式,介绍了该方法的实施步骤,基于位移模式对结构进行Pushover分析得到体系的能力曲线,采用等效阻尼比和延性系数得到需求谱,从而计算结构的位移响应,并通过算例验证本文所提出方法计算结果的可靠性。     

基于设计反应谱的空间结构弹塑性地震反应分析方法

空间结构非线性等效单自由度体系的荷载-位移曲线后屈服段较短,采用等能量方法将其转化为双折线时易产生较大计算误差,且双折线拐点需迭代确定。针对此问题,采用Ramberg-Osgood模型描述空间结构等效单自由度体系荷载-位移滞回曲线;基于等效线性化方法,采用最大位移对应的割线刚度作为等效线性体系刚度k_e;对滞回曲线积分得到滞回环面积,令滞回耗能与等效线性体系阻尼耗能相等,导出等效黏滞阻尼ζ_e。将线性加速度设计反应谱变换为T(周期)-ζ(阻尼比)-d(位移)格式,与空间结构等效线性体系的T_e(等效周期)-ζ_e-d曲线联立,用图解法直接计算等效线性体系的地震位移反应,并进一步得到空间结构的整体地震反应。采用所提出的方法计算柱面网壳和球面网壳结构的非线性地震反应。结果表明：该方法简洁高效,无需迭代,易于编程实现,对空间结构地震位移反应求解精度较高。     

基于空间等效桁架单元方法的钢筋混凝土结构非线性分析

针对传统有限元分析的复杂性以及裂缝描述不准确等缺点,从空间应力单元出发,结合平面等效桁架单元的研究方法,提出了一种空间等效桁架单元;基于空间等效桁架单元和空间应力单元刚度等效的原则,推导了等效后的单元刚度矩阵、杆件截面面积和杆件轴力计算公式,探讨了空间等效桁架单元应用于钢筋混凝土结构非线性分析的相关问题;借助ANSYS10.0采用该方法对一桥墩结构进行计算分析,并与采用平面等效桁架单元方法和试验方法所得结果进行了对比。结果表明:采用该方法对钢筋混凝土结构进行分析能够满足工程精度要求,并且能够准确描述裂缝的开展。     

岩体等效强度参数确定的理论和方法

 从能量等效的角度研究岩体的等效强度参数,采用变形加固理论中的塑性余能为等效指标确定复合介质的强度参数,详细推导用于等效复合介质强度参数的等效计算表达式。该表达式表明了复合介质变形和强度参数之间的相关性,通过数值算例研究材料变形参数对强度参数的影响程度以及材料不同配比下复合介质强度参数的变化规律,表明塑性余能等效方法在确定岩体强度参数上的可行性。     

考虑余震影响的RC框架结构抗震设计方法

历史地震表明强余震会进一步增大结构的破坏程度甚至使其倒塌,但是我国乃至世界上的所有抗震设计规范均只考虑主震作用而没有直接考虑余震影响.为提出能有效考虑余震影响的抗震设计方法,文章基于主余震设计谱和主震设计谱共设计了12个钢筋混凝土(RC)框架结构.选取50条实际主余震地震动对所有结构进行增量动力分析进而得到结构倒塌易损...     

改进的三线性自复位防屈曲支撑结构非线性位移比

自复位防屈曲支撑框架结构（SCBRBF）兼具耗能和自复位能力，日渐受到国内外学者的关注。不同于以往广泛采用的双线性模型，它具有独特的三线性恢复力模型。前期研究提出了考虑三线性恢复力模型的等强度位移比(CR)计算公式(即CR-R-T关系)，但在周期为0.3s左右误差较大。针对此，该文将给出三种改进的公式。以回归时采用的数据（精确解）和另一组地震动的CR平均值作为两组基准，比较了3种改进公式的效果，并分析了不同参数组合对CR误差值的影响。另外，若采用基于双线性恢复力模型提出的CR公式评估SCBRBF的反应，需要将SCBRBF的三线性恢复力模型简化为双线性模型（采用等屈服力和屈服位移的等效原则）。此前采用等屈服力和屈服位移的等效原则，发现双线性公式用于计算SCBRBF时误差较大。为排除不同等效原则在双线性模型计算SCBRBF时误差的影响，该文采用另一种也较为合理的双线性等效原则对其进行评估。发现即使采用不同的等效原则，双线性位移比公式用于SCBRBF仍然会造成较大误差。     

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,工程特性更为复杂,但其强度理论尚不完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土变形稳定性分析的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和及非饱和黄土的应力–应变曲线为基础,根据在相同σ1-σ3下产生同一轴向应变ε1的变形等效的原则,确定与对应饱和度Sr相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证该数学公式的正确性。根据试验结果分析含水率对非饱和土抗剪强度的影响,建立非饱和土的实用抗剪强度公式。该研究为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。     

基于线性化等效方法的消能减震结构有效附加阻尼比计算

通过线性化等效原理,将消能减震结构中的消能部件等效为框架柱,将非线性分析转化为线性分析,得到消能部件附加给结构的有效阻尼比。对工程实例进行了线性化等效分析和非线性对比分析。研究结果表明：线性化等效分析方法可以准确地得出消能部件附加给结构的有效阻尼比,无论是层间位移角还是层剪力,两种分析方法得出的结果都符合较好,通过“附加有效阻尼比”修正的结构的线性分析与含有消能减震部件的非线性分析得出的结果一致。     

设置混合调谐质量阻尼器的高层建筑风振控制实用设计方法

结合GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中的等效静风荷载计算方法,研究设置主被动可切换的混合调谐质量阻尼器(TMD/ATMD)的规则高层建筑结构的风振分析与实用设计方法。将控制系统的风振控制效果按照风振响应方差相等的原则归结为对受控结构的附加等效阻尼比,推导了控制系统最优参数和附加等效阻尼比的计算公式,给出了惯性质量平均最大行程比、主动控制力和额定功率的简化计算方法;并讨论了主动/被动控制模式的切换准则。最后给出以风振控制Benchmark结构模型为对象的受控结构及混合调谐质量阻尼系统的设计算例。算例分析表明：建议的设计方法可以方便地进行受控结构响应分析和控制系统参数设计;混合调谐质量阻尼器可以有效减小设计等效静风荷载和结构的动力响应。     

用于均质地层隧道渗流场的两种轴对称解

在均质地层中,分别以推广轴对称解与周长等效公式两种方法,研究非圆形断面隧道衬砌水压力,并结合水压力折减系数提出修正施工水荷载的方法。以墙脚处为分析点,将适用于圆形断面的轴对称解推广至非圆形断面,同时提出等效轴对称解,分析两者在不同衬砌与注浆圈渗透系数、衬砌与注浆圈厚度的分析点水压力与渗流量,对比两者与数值解的误差。研究表明:两种理论解得到的衬砌水压力值较为接近,但渗流量差异较大;数值解与等效轴对称解的误差小于与推广轴对称解的误差,数值解大于两种理论解,三种计算结果趋势一致;通过工况与水压力折减系数和渗流量的拟合曲线及水压力折减系数公式,插值计算水压力并实时调整水荷载。推荐在非圆形隧道断面水荷载设计时优先采用等效轴对称解析解的方法。     

Assessment of an equivalent porous medium for coupled stress and fluid flow in fractured rock

The equivalent porous medium (EPM) for coupled stress and fluid flow in fractured rock was assessed. The assessment was focused on the contributions of the seepage-induced force to the system's equilibrium and deformation as well as fluid flux through the fractures, with the special emphasis on the inter-relations among these three aspects. Seepage-induced average stress was calculated for the EPM. And it was proved, with respect to the fluid flow system (FFS) proposed by Long et al. [Long JCS, Remer JC, Wilson CR, Witherspoon PA. Porous medium equivalents for networks of discontinuous fractures. Water Resour Res 1982;18:645–658], that the equivalence of the equilibrium contribution of the seepage-induced force is unconditionally satisfied in the EPM. The equivalence of fluid flux and seepage-induced deformation was evaluated using numerical techniques based on the FFS, in which the seepage-induced deformation was considered as ‘tensile’ deformation under fluid pressures. The numerical simulation results of the two cases suggest that the EPM established in terms of fluid flux based on the FFS guarantees equivalence of coupled stress and fluid flow. Also, the numerical simulation results indicate that the percolation theory can not be applied to a system with fractures of remarkably different size and hydraulic conductivity.     

Equivalent linear limit states

The replacement of any limit state function by an equivalent linear function is discussed in detail and it is shown that there are several methods by which such an equivalence may be established. In the case of multiple failure mode problems the definition of fully equivalent linear functions requires the additional consideration of mode correlations. The manner in which this may be carried out is discussed and it is shown that, for most practical cases, a relatively simple analysis is likely to be sufficient to define the set of equivalent linear limit states, with the advantage that the established theory of such linear limit states may then be employed in the majority of reliability analyses.