地下结构横截面地震反应拟静力计算方法对比研究

对目前地下结构横截面地震反应计算中广泛采用的地震系数法、自由场变形法、土-结构相互作用系数法、反应位移法、反应加速度法等多种拟静力方法进行介绍及分析。以大开地铁车站地震反应为例进行数值模拟,通过改变输入地震波、结构刚度、土层刚度以及结构埋深对各种拟静力计算方法的适用性进行了研究,将不同方法的计算结果与动力时程分析方法结果进行了对比。研究结果表明：反应加速度法与动力时程分析方法符合较好,表明该方法在常见地下结构环境条件下具有良好的适用性与计算精度,可以用于地下结构的抗震反应分析。     

深埋地下结构地震反应分析的局部反应加速度法

城市地下结构逐渐呈现埋深更大化、断面复杂化、空间立体化等特点,中国现行《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB?50909?2014)推荐采用的反应位移法和反应加速度法在计算大埋深或复杂断面地下结构的动力反应方面存在一定的局限性.在广义反应位移法和传统反应加速度法的基础上,该文提出一种适用于深埋地下结构地震反应分析的局部...     

结构地震响应分析的波动方法

在结构中构造被研究块体,针对其质心建立动力平衡方程;由考虑弯剪变形的杆端力与杆端位移之间关系式推导出段间内力计算公式;在时间域上交替运用动力平衡方程和段间内力计算公式进行递推计算,给出高耸结构、三维框架结构地震响应分析的波动方法。对于高耸结构,考虑了被研究块体质心与空间离散结点之间的偏心问题,给出了修正的动力学方程。利用框架结构地震响应分析的波动方法研究了短跨结构的行波效应问题。结果表明:采用传统方法计算给出的电视塔地震响应结果会偏小。考虑行波效应时,二维和三维框架结构柱子的剪力和梁端弯矩存在显著增大现象。     

Rayleigh波作用下地下结构地震反应影响分析

采用基于时域粘弹性人工边界的Rayleigh波输入方法,进行了土-地下结构相互作用体系在Rayleigh波作用下的动力时程反应分析,对Rayleigh波作用下地下结构的地震反应特性进行研究。重点讨论了地下结构材料强度、结构厚度以及土层刚度等因素对Rayleigh波作用下地下结构地震反应的影响。结果表明Rayleigh波对浅埋地下结构的地震动力反应影响显著,将使结构产生较大的内力与变形,在地下结构抗震设计尤其是浅埋地下结构的抗震设计时应予以足够的重视。     

非对称厂房双向输入地震反应分析

单层厂房的大量震例表明,地震期间厂房产生侧移、扭转振动的同时,屋盖还产生了显著的纵、横向水平变形。为了正确描述非对称单层厂房的实际振动性状,合理确定结构的地震内力,本文釆职能反映空间结构三维平面运动的“串并联质点系”进行地面双向平动分量作用下的结构振动分析。     

软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应分析

软土层对地下结构的地震反应具有重要影响,以往已对软土地基中规则矩形地铁地下车站结构的地震反应进行过研究,其规律对于复杂截面地下结构是否适用还需要进一步探讨。通过考虑车站结构侧向、底部分别存在不同埋深、不同厚度软土层时的27种软土层场地,对上层五跨、下层三跨的新型复杂大型地铁地下车站结构地震反应进行分析,揭示了此类异跨地铁车站结构的地震反应特征,初步给出了软土层埋深、厚度变化对此类车站结构加速度反应、侧向位移反应和地震破坏特征的影响规律。结果表明:异跨车站结构两侧或下方一定范围内存在软土层或将减小结构的加速度反应,而当底板以下20 m深处存在软土层时结构顶板的加速度反应则被大幅放大,约为7.88%～12.72%;异跨车站结构侧向位移沿高度的变化曲线具有明显的"阶梯效应";软土层位于结构侧向时对结构抗震不利,并且当软土层位于下层侧方时结构的动力反应较大,而当软土层位于结构底板下方时能够起到一定的隔震作用。     

梁桥结构地震反应分析中输入地震动选取及调整方法研究

针对桥梁结构地震动分析时所输入地震动选择会影响时程分析结果的可靠性,结合结构动力放大系数基本原理及地震波能量原理,通过分析反应谱型特点,将其拟合归纳为以结构自振周期 范围及规范规定的0.1s-Tg范围分别定义为低频、高频对比区间,以两个区间反应谱曲线包围面积作为对比参数进行自然地震波选择依据。并据所选地震波提出基于两区间的5种天然地震波调整方法。以典型多跨梁桥为例进行数值分析,以桥墩墩底弯矩、剪力和及墩顶位移作为桥梁地震反应统计量。利用统计分析结果验证双参数地震波选择方法及地震波调整方法的合理性及有效性。     

可液化场地中复杂异跨地铁地下车站结构的地震反应分析

地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一,然而目前对可液化场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少,尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服土体网格大变形的畸变问题,建立了可液化场地土一复杂异跨地铁车站结构静动耦合非线性相互作用的有限元数值模型,分析了该相互作用体系的场地液化分布特征、异跨车站结构上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征、结构侧向变形和地震损伤破坏特征等,初步揭示了该相互作用体系的地震反应规律及液化地基中大型异跨地下结构的地震破坏特征,研究成果可为提高可液化场地中异跨地铁车站结构地震反应的认识及完善其抗震设计方法提供合理的参考。     

结构地震反应的预测控制方法研究

本文采用自回归（ＡＲ）模型对运动加速度进行短时在线预测,进而提出考虑时滞现象的离散状态方程形式的预测模型,对受控结构未来某时段内的状态和输出进行估计。通过邓预测性能指标函数的滚动优化求现实时控制律。仿真分析表明,本文方法在一需增加控制力作用的情况下,较瞬时最优控制和原有预测控制更好的抑制了结构的地震响应,且对控制系统的时滞问题解决良好。     

地震作用下地下商业街结构动力反应的影响因素分析

为研究在不同类型的地震波作用下软土场地中地下商业街结构的地震反应及其影响因素,该文以上海软土场地中某单层地下商业街结构为背景,采用ANSYS软件建立场地土与地下商业街结构相互作用体系的三维有限元分析模型,通过引入三维等效粘弹性人工边界单元,以不同类型的地震波作为输入,对地下商业街结构地震反应的影响因素进行了分析,探讨了地下商业街结构埋深、土体刚度和输入地震波选取对结构地震反应的影响。该文的算例结果表明:地下商业街结构地震反应存在最不利埋深;土体刚度对地下商业街结构地震反应值的影响明显;长周期地震波作用下地下商业街结构的地震反应值明显大于普通地震波作用的结果。     

采用不同隔震形式的双层地铁地下车站结构地震反应分析

针对地铁地下车站结构中柱、中板等抗震薄弱构件,分别研究了车站结构在传统完全约束结构形式下,在上下层中柱顶部设置弹性滑移支座时,以及本文提出的在中板边缘及底层中柱设置隔震支座时的地震反应特性,建立了土-地下结构非线性静动力耦合相互作用的二维有限元分析模型,对比分析了采用不同隔震形式对车站主体结构静动力反应特性的影响规律。结果表明：与传统车站结构相比,在中柱顶部设置弹性滑移支座能有效降低车站中柱处的地震损伤,具有更好的抗震性能。采用本文提出的中板边缘及底层中柱设置隔震支座,可以在减小中柱所受地震损伤的同时,有效地保证结构中板在强地震中不受严重损伤,从而提高车站的整体抗震性能。     

多点地震输入的反应谱法研究

提出了一种计算多点输入下结构最大地震内力的新反应谱法(MRSM-AD)。不同于以往的多点输入反应谱法,这种方法不再将结构的绝对位移反应分解成拟静力和动力分量,而是直接利用基于结构绝对位移反应的动力方程进行反应谱理论的分析,简化了多点输入反应谱法中的组合规则,提高了结构计算分析的效率。比较了结构算例的时程法计算结果和MRSM-AD法的分析结果,验证了MRSM-AD法的正确性。     

近场数值波动分析中地震波输入的一种简化方法

在显式有限元方法结合黏弹性人工边界的时域波动方法的基础上,建立了地震波垂直输入时的一种简化输入方法。将近场有限元模型沿高度方向进行分层,将地震动的入射运动转化为作用于人工边界底面及分层后每层侧面上的均布力,以实现地震动的输入。与以等效节点力的方式实现的地震动输入相比,施加均布力的方式简化了地震波输入的前处理工作,且又能保证与等效节点力方式相同的精度。自由场数值算例表明：当本文方法中的分层高度与波动有限元网格离散要求的最大尺寸相等时,本文方法与等效节点力方法具有相同的精度;当局部区域按网格离散要求的最大尺寸进行分层而在其它区域放大分层高度时,局部区域上的近场波动响应仍可保证具有相当高的精度。另外,某隧道结构地震响应算例的计算结果同样说明了本文方法的有效性。     

大型地下厂房结构振动反应分析

建立锦屏一级水电站地下厂房结构三维有限元动力分析模型,计算结构自振特性,并复核结构共振。通过模型水力脉动试验,获得锦屏一级水电站流道脉动压力荷载特性,用动力法分析厂房结构在机组振动荷载与水力脉动荷载作用下的振动反应,并据国内外有关规程规范对振动反应进行评价。研究结果表明,地下厂房结构与各种振源频率相差较大,不存在共振的可能性。地下厂房结构整体刚度较大,在机组振动荷载及水力脉动荷载作用下,振动位移、应力、速度均较小,满足有关规程要求。     

考虑双向地震激励的标准化地震输入能量反应谱研究

以往地震输入能量谱的研究几乎都是以单自由度体系和单向地震输入为前提, 没有考虑地震动的多维性和结构非线性反应的空间耦合性。于是, 建立单质点双自由度体系, 假设体系的弹塑性关系为满足二维屈服面函数的理想弹塑性形式, 基于此模型提出双向地震动作用下标准化的地震输入能量反应谱理论。以硬土、中硬(软)土和软土三类场的地震记录作为体系的双向激励, 建立统计平均的等延性系数标准化地震输入能量谱。分析场地类别、延性系数、两水平主轴方向周期比对标准化地震输入能量谱的影响。分析表明：各类场地分别具有独自的谱形特征和规律性;延性系数对硬土场地和中硬(软)土场地的谱值影响较明显, 而对于软土场地, 除长周期外影响很小;周期比 ζ 对谱值具有一定影响;基于单自由度体系建立的输入能量谱在某些情况下会高估能量反应。     

隧道纵向地震反应分析的反应位移法对比

针对地下隧道结构纵向地震反应问题,《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)采用了纵向反应位移法,在一定程度上考虑了地震动作用下土体与地下结构的相互作用。而纵向整体式反应位移法,是一种可用于非一致地震动输入时隧道等长线型地下结构抗震分析的实用方法。以北京某地铁区间盾构隧道结构为研究对象,采用规范方法和纵向整体式反应位移法完成了出平面剪切波斜入射下隧道结构纵向地震反应计算,并与动力时程法的计算结果进行对比。结果表明,规范方法计算模型中离散的地基弹簧无法反映地基土体之间的相互作用、可能导致内力(主要是剪力)计算出现较大的误差;假定沿隧道纵向土层位移分布为正弦波式的规范方法由于正弦波型与实际情况不符,导致内力计算结果与动力时程结果相差过大;而以自由场位移时程作为等效地震作用的规范方法计算得到的最大弯矩具有良好的计算精度,但最大剪力与动力时程方法相差较大,同时这一方法需完成所有时间步的静力计算才能获得结构最不利地震反应,影响了计算效率。而纵向整体式反应位移法可以有效模拟地震作用下地基土对结构的约束作用、简便的判断结构最不利地震反应时刻,具有良好的计算精度、较高的计算效率,能够反映地震波作用下非一致地震动输入对隧道纵向地震反应的影响。     

地下空间结构对邻近地上结构地震反应影响振动台实验

大型地下空间结构影响地震波的传播使邻近地震动场发生变化.为研究地上结构地震响应受地下空间结构的影响程度,设计并开展了地下结构-土-地上结构体系(SSSI)和土-地上结构体系(SSI)振动台模型实验,对比研究了在6条不同卓越频率输入地震波下地上结构地震反应的变化规律.实验研究结果表明:地下空间结构影响邻近场地的动力特性,...     

长周期地震下风力发电塔架结构地震反应分析

风力发电在全球范围内得到大规模应用,地震活跃地区已建成和在建风电场数量逐渐增多,地震荷载成为风力发电塔设计中的重要因素.该文针对风力发电塔结构周期较长、对富含低频成分的长周期地震动较为敏感的特性,选择远场长周期地震动与近场脉冲型长周期地震动各20条,并选择20条非长周期地震动作为参照.以一座1.5 MW在役风力发电塔为...     

长周期地震下风力发电塔架结构地震反应分析

转子-机舱组合体(Rotor-Nacelle Assembly, RNA)又称风机机头,常用的简化模型包括点质量(RNA_M)、偏心点质量(RNA_ME)、偏心点质量-转动惯量(RNA_MEJ)和刚性机舱-刚性叶片(RNA_RB)。该文基于NREL 5MW单桩式海上风机原型,使用Abaqus软件分别建立包含这四种RNA简化模型的风机模型,以刚性机舱-可变形叶片(RNA_FB)风机模型为基准,分析不同的RNA简化模型对风机结构特征频率和地震响应的影响。研究结果表明：对于只涉及支撑结构1阶模态的问题,四种简化RNA模型计算的频率均是准确可靠的;当涉及支撑结构的2阶模态或/和扭转模态时,应采用RNA_MEJ、RNA_RB或RNA_FB模型;当涉及支撑结构的更高阶模态时,应采用RNA_FB模型。对于风机结构地震响应分析,RNA_MEJ与RNA_RB模型计算的结构响应更准确,但它们的大多数结构响应峰值的最大相对偏差均超过了10%,在实际工程应用时应慎重使用这些RNA简化模型。     

混沌神经网络在结构地震反应分析中应用初探

本文简要介绍了混沌神经元的模型及混沌神经网络的构造和运行机制，提出将其应用于建筑结构地震反应分析的构想：将地震波进行小波变换；建立地震小波（小波基函数）与结构地震结构之间的广义函数，并据此建立适当的Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神经网络，以地震小波作为网络的初始输入，使网络稳定时的状态数反映结构在此种地震波作用下的地震反应。