砂土液化变形的数值模拟

基于模拟饱和砂土液化后大应变响应的弹塑性循环本构模型及相应的数值算法,采用完全耦合的饱和土动力反应分析程序SWANDYNE II,对VELACS项目中的三个动力离心模型试验(饱和松砂水平地基、饱和松砂倾斜地基、松砂和密砂的水平组合地基)进行了数值模拟。数值模拟较好地再现了离心模型试验测得的加速度响应、超静孔压响应及变形累积过程,给出了典型土单元的应力应变曲线和有效应力路径,从土的应力应变响应的角度较好地解释了模型中超静孔压的产生、扩散、消散过程以及液化大变形的发展过程。     

可液化地层中地铁隧道地震响应数值模拟及其试验验证

饱和砂土地层中的地下结构在地震作用下可能因地基液化而发生破坏。采用动力固结两相体有限元程序DIANA SWANDYNE-II对可液化地层中地铁隧道结构的地震响应进行了模拟,并与动力离心模型试验结果对比以验证其效果。选用广义塑性模型Pastor-Zienkiewicz III模拟可液化土的动力特性,基于Biot方程的u–p形式建立有限元方程,进行饱和土动力固结的耦合计算。计算表明,该数值模型可较合理地模拟地下结构的地震反应特性,计算结果与试验现象基本相符。地基液化引起的结构附加内力及隧道上浮主要受地基液化时土水压力变化的影响,截断墙的设置可有效减轻隧道结构的上浮。     

液化场浅埋地下结构动力特性数值分析

应用FLAC3D作自由场典型液化数值模拟试验、刚性结构对液化场影响试验、液化场浅埋地下结构动力特性试验、弹性场浅埋地下结构动力特征比对试验。试验结果再一次揭示了砂土液化典型特性:体积压缩积累增大, 有效应力降低, 超静孔隙水压升高。试验证实了液化的隔振作用:砂土在液化状态不能传递剪力,其加速度、速度、位移振幅显著衰减。试验得出: 刚性结构有抑制周围土液化的作用。计算结果表明,液化场中浅埋地下结构的加速度反应比弹性场要小,但液化场中结构的应力应变却比弹性场大。在场地基底水平振动荷载作用下,弹性场浅埋地下结构的受力变形特点以剪切型变形为主,液化场浅埋地下结构受力变形特点以对称弯曲型变形为主。     

局部液化夹层场地土–结接触特性对地下结构地震响应的影响研究

当地下结构穿越液化土层，场地液化可能会对结构的动力响应产生影响。基于已开展的局部液化夹层场地地下结构离心机振动台模型试验，建立二维局部液化场地土–结构动力相互作用的有限元模型。计算模型考虑砂土液化后易产生剪切大变形的特点以及饱和两相介质与结构接触的非线性特性，通过与试验结果对比，验证数值模型的正确性，进一步分析土–结构接触非线性特性对结构地震响应的影响。研究结果表明：孔压的增长是由于地震作用的累积效应；近场砂土由于土结相互作用的存在超孔压比上升的更快，且由于土与结构变形不协调而更易消散；对于局部液化夹层场地，土结捆绑接触会放大结构的地震响应，随着地震动强度的增大，砂土层液化程度提高，场地非线性特性增强，土结刚度差异增大，土结界面采用捆绑接触所带来的误差越大，故应合理考虑土结界面接触非线性问题。     

饱和砂土中直群桩动力响应离心机振动台试验与简化数值模型研究

饱和砂土液化场地高承台直群桩及土体横向动力响应分析一直是岩土工程抗震的热点和难点。针对这一问题,设计制作饱和砂土液化场地的2×2直群桩模型,进行离心机振动台试验,分析液化场地群桩–土动力响应规律。在此基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,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大变形畸变问题,建立可液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并用试验结果进行验证。结果表明:峰值加速度0.3 g正弦波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度与土中加速度放大峰值均不会超过输入波峰值,地基液化后承台加速度便开始衰减;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展直接影响加速度响应,土体液化直接导致加速度衰减;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性相符合,但量值上有区别,将数值模拟结果进行一定比例缩小后与试验结果基本吻合;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验结果基本一致,数值模拟显示浅层土较深层土液化明显;数值模拟的承台位移相较于试验偏保守。     

基于液化后变形分析方法的地下管线上浮反应研究

采用液化后变形分析方法模拟了饱和砂土地基地震时发生的液化流动,研究了地基中地下管线的上浮反应,讨论了管线直径、埋深、地下水位、地基土相对密度等因素对地下管线上浮位移的影响,并对地下管线抗震设计提出了一些建议。     

评价饱和砂土液化过程中小应变到大应变的本构模型(英文)

在RambergOsgood模型的基础上,建立了一个实用的能描述饱和砂土从液化前小应变到初始液化后大应变范围的非线性本构模型。该模型主要有三个特点:①采用作者曾提出的移动相态转换线(MPTL)和移动临界状态线(MCSL)概念来较为合理地描述变形过程中的有效应力路径和临界状态;②采用一个应力软化模型来描述剪胀和定义超静孔压变化引起的骨架曲线的软化与硬化;③基于笔者等提出的液化后大变形理论来描述初始液化后产生的大剪切变形。文中通过对室内循环剪切试验结果的模拟,验证了模型的预测能力。该模型适用于水平饱和砂土地基的有效应力地震反应分析。     

南京地铁双层车站抗震分析

采用土-结构相互原理对南京市典型双层地铁车站进行了水平地震作用下的有限元动力时程分析。结果表明,地震作用下结构的构件节点与中柱处应力最大,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间特性基本相似并近似存在简单的线性关系。讨论地震作用下土-地下结构体系动力响应的特点和影响因素,提出了一些地下结构抗震设计的参考建议。     

地铁车站结构地震反应模拟分析

应用ABAQUS有限元分析软件对天津市滨海新区不均匀软土场地地铁车站在地震作用下的反应进行模拟分析,从车站抗震性能、土-地铁车站结构位移、有无地下连续墙存在时的地铁车站结构应力及土-地铁车站结构动力相互作用等方面展开研究。研究结果表明:覆土层厚度对地铁车站结构应力、应变有一定影响,设计时应充分考虑;地震作用下,车站中柱底部及中层楼板应力较大,且柱与楼板交接点范围内应力较大;不考虑地下连续墙影响时,地铁车站结构位移及应力均明显增大,不利于结构抗震设计。     

液化地基上隔震结构群桩与土动力相互作用振动台模型试验研究

开展了液化场地–桩–隔震层–上部结构动力相互作用体系的大型振动台模型试验,再现饱和砂土地基液化诱发的地基震陷震害,详细阐述了隔震结构群桩基础与地基的地震响应特征和饱和土体孔压发展规律。试验结果表明：隔震结构群桩基础的角桩桩身应变幅值明显高于中间桩,中间桩顶部应变幅值又明显高于角桩;隔震结构地基液化后上部结构摇摆和基础转动反应急剧增加,进而导致群桩基础桩顶弯矩急剧增加,使得桩身最大弯矩幅值由地基液化前的桩身中上部转移到地基液化后的桩顶位移,同时隔震结构下部桩顶弯矩幅值比桩身弯矩幅值也要大得多,充分说明在土–桩–隔震层–上部结构的动力相互作用下桩顶更易造成严重的地震破坏。     

敲击-回波法中传感器影响的LTI系统理论分析

利用一维波动方程对理想自由桩在桩顶受冲击力作用的动态过程进行数学仿真，用有限元法程序计算出桩顶处不考虑传感器的速度响应理论时程曲线，并由LTI系统卷积积分及傅立叶变换得出冲击力和速度响应的频域表示；根据LTI系统理论对考虑传感器特性的动态过程进行分析，得出速度响应的频域表示；将典型的传感器频率特性与不考虑传感器的理想自由桩的速度响应在频域进行数字合成，经傅立叶逆交换还原成含有传感器特性的速度响应时程曲线：调节冲击力脉宽，计算与同一传感器特性对应的速度响应，得出冲击力与传感器对速度响应的联合影响规律并举出实例进行验证；最后，提出一种新的变换域抑制法，使速度响应中的传感器特性影响有可能通过计算机程序来抑制。     

钢框架螺栓连接迟滞力学信息模型

强震作用下,钢和组合框架梁-柱螺栓连接节点的性能对其结构响应有着显著影响。其滞后响应表现为高度地无弹性特性以及刚度、强度和延展性的不断变化,从而影响结构的抗力。因此,为准确进行地震评估和设计,精确的螺栓连接滞回模型必不可少。提出了一种新的混合建模方法,可用于描述强震作用下框架螺栓连接节点复杂的滞回性能。该方法假定并非连接响应的所有特征均服从力学模型,因此,以信息为基础的替代方案是可行的。传统力学模型通过以信息为基础的模型单元对复合力学信息模型(HMIM)进行补充。信息单元了代表力学模型的各个方面。通过板件的翼缘连接展示了HMIM的效果,该连接表现出捏缩迟滞特性。     

Behavior state analysis and seismic performance evaluation of a tall masonry building in the Loma Prieta earthquake

A behaviour state analysis is performed on a ten story concrete masonry building that was located in the City of Santz Cruz, which is in the epicentral region of the Loma Prieta earthquake. The building has three types of shear walls (L, T and rectangular) and the behavior state analysis described in the paper first characterizes the expected load deflection response and ductility of each of these shear walls. Then a building system model is developed from these component shear walls models and the load deflection behavior is quantified. This expected load verses deflection behavior of the building is then used to comment on the observed response of the building.     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热响应行为

实验探究单向碳纤维/环氧树脂预浸料在不同高温环境及不同方向的热响应行为.研究表明,单向碳纤维/环氧树脂预浸料在低于230℃的高温环境下,热响应温度、导热系数随热响应时间的增加而增大,其后趋于平稳;在高于230℃的高温环境下,热响应温度出现峰值,材料逐渐受损,热响应行为复杂.此外,研究得到单向碳纤维/环氧树脂预浸料在平面...     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析

研究了大跨度钢管混凝土拱桥在同步激励和多点激励作用下的非线性地震响应特性及主要影响因素。采用时程分析法计算了大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震响应,研究了几何非线性对结构地震响应的影响,探讨了恒载内力和构型、多点激励效应等因素对大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应特性的影响,结果表明结构的几何非线性性质对大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应有较大影响。     

Simplified approach for prediction of nonlinear response of bored pile embedded in sand

Based on the ‘t-z method’, this paper presents a simplified approach to analyzing the nonlinear response of a single bored pile embedded in sand. The lateral pile-sand interaction of the pile shaft is modeled using the cylindrical cavity expansion theory, and the axial load-settlement behavior of the pile base is analyzed using the spherical cavity expansion theory. The softening model and hyperbolic model are employed to describe the strain-softening and strain-hardening behavior, respectively, of the axial pile-sand interaction observed in elemental tests. The constrained shear-dilatancy response near the pile shaft and the particle-crushing behavior beneath the pile base are subsequently incorporated into the parameters of the present load-transfer models. Using the proposed load-transfer functions, an efficient iterative program is then developed to predict the nonlinear response of a single bored pile embedded in sand. Comparisons of the responses of the bored pile embedded in sand demonstrate that the present calculated results are generally in good agreement with the well-documented observations and the computed results derived from other approaches. A parametric study is also carried out to assess the influence of some key parameters related to the proposed model on the load-displacement response of a single bored pile embedded in sand.     

柔性节点框架结构的非线性动力反应分析

采用四参数Richard模型和Masing法则来模拟框架结构柔性节点非线性弯矩-转角关系的卸载和再加载部分,对柔性节点框架结构的非线性动力反应进行分析。研究结果表明：Richard模型和Masing法则可以很好地模拟柔性节点非线性弯矩-转角关系的卸载和再加载部分,适用于柔性节点框架结构的非线性动力分析;随着地震波峰值加速度的增大,滞回曲线所包围的面积也相应增大,节点表现出良好的耗能特性。     

考虑侧阻软化和端阻硬化的群桩沉降简化算法

 提出一种位于成层土中的单桩和群桩非线性受力性状的简化算法。单桩沉降计算时采用侧阻软化模型模拟桩身位移与单位侧阻间的关系,采用双折线硬化模型模拟桩端位移与单位端阻间的关系。采用上述2种计算模型,提出单桩受力性状的迭代算法。获得单桩沉降后,结合等代墩法建立群桩沉降的简化算法。算例分析表明,本文方法计算值与实测值和其他方法的计算值有较好的一致性。     

Interfacial behavior of mechanically anchored FRP laminates for strengthening steel beams

This study investigates the response of FRP–steel anchored lap connections along with the associated interfacial behavior. The investigation is conducted experimentally and numerically. The experimental program includes testing of eighteen short specimens to explore the influence of sheared edge distance and rolled edge distance on the load carrying capacity and ductility of the assembly. In addition, six longer connections are tested to assess the effect of the spacing between bolts on the response. The findings suggest a sheared edge distance of about six to seven times the bolt hole's diameter. The effect of the rolled edge distance values considered in the study on the performance of the connections is found to be insignificant. A non-linear load–slip model is proposed to simulate the interfacial behavior of the assembly. A finite element study is conducted using an equivalent non-linear spring element to simulate the interfacial behavior based on the proposed load–slip model. The excellent match between displacement and strain responses measured experimentally and their numerical predictions validates the accuracy of the proposed load–slip model. The flexural behavior of two full-scale I-shaped steel beams is then investigated experimentally to explore the enhancement in the response of beams strengthened with mechanically anchored FRP laminates. Finally, a finite element model is utilized to predict the elasto-plastic response of the tested steel beams. The excellent agreement between the numerical predictions and experimental measurements provides another validation for the proposed load–slip model.     

土-结构相互作用对基础隔震体系的影响

本文应用子结构法,分析了土-结构相互作用对线性基础隔震体系基频和结构反应的影响.分析模型中,上部结构取为具有埋置刚性基础的均质剪切梁式模型,地基取为均质、各向同性的粘弹性半空间.上部结构和刚性基础之间设置隔震层.通过对隔震体系反应的传递函数及基于FFT的地震时程反应的分析,讨论了地基土柔性、基础埋深和隔震层刚度对于基础隔震体系基频和结构反应的影响.