地震波斜入射下考虑局部地形影响和土结动力相互作用的多跨桥动力响应分析

在地震工程研究中同时考虑局部地形效应和土与结构动力相互作用对结构动力响应的影响是一个困难的问题。该文基于多源粘弹性人工边界理论,利用通用有限元程序ANSYS 建立了一种可以同时考虑地震波入射角度、土与结构动力相互作用及局部地形效应等因素影响的有限元分析模型。利用这一模型对一座5跨连续梁桥进行了动力响应分析,结果表明：结构内力随着地震波入射角度的变化而变化;地形效应的影响使桥梁结构局部存在内力放大效应;不考虑土-结构动力相互作用有可能较小的估计结构的内力;同时土的物理性质对土-结构动力相互作用也有一定的影响。     

地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析

基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明：桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。     

近断层P波斜入射下沥青混凝土心墙坝响应分析

近断层地震动的断层距一般在20 km以内,此范围内的地震波由于在不同岩层介质中的反射和透射次数远小于远断层地震动,到达地表时一般不满足垂直入射假定。关于沥青混凝土心墙坝抗震研究目前少有考虑近断层地震动斜输入的影响。选择合适的近断层脉冲型地震动记录,推导了P波斜入射时二维地基侧面和底面边界完整波场分解、叠加方案下的等效节点力公式,通过近断层P波波动斜输入模拟沥青混凝土心墙坝遭受近场地震波作用过程,分析了近断层P波脉冲特性和输入角度对沥青混凝土心墙加速度、应力、曲率和坝体永久变形的影响规律。结果表明,地震波斜入射下心墙和坝体响应与垂直入射相比存在明显差异,近断层地震动脉冲特性亦对各响应影响显著。     

土-结构相互作用下网架结构动力性能研究

采用整体有限元法分析土-结构动力相互作用(SSDI)下网架的动力性能。以大型有限元软件ABAQUS为平台,结合FORTRAN程序实现粘弹性动力人工边界精确施加、土体自重应力平衡及粘弹性边界条件下地震动输入,并通过算例验证有限元计算过程的有效性与合理性;建立地基土-支承体系-网架屋盖相互作用的三维整体模型,分析SSDI对网架结构动力性能影响。研究表明,SSDI使网架结构自振周期较刚性地基下延长且地基土越软周期越长,网架结构自振频率随地基土变软更密集;SSDI使基础底面峰值加速度较自由场地表峰值加速度增大5%~30%,且地基土越软增大幅度越大;SSDI效应可增大网架结构节点加速度及节点水平相对位移,且使网架结构节点水平相对位移随地基土的变软逐渐增大。     

SV波斜入射下凸起地形地震响应分析

为了分析地震波斜入射下对场地地震的影响,基于显示动力有限元法,采用黏弹性人工边界,以SV波斜入射不同坡度凸起地形,分析了不同入射角下凸起场地震动放大系数和傅里叶谱变化情况。其验证模型解析解和数值解吻合较好。数值模拟结果表明：随着斜坡坡度的增大,地震动放大系数增大,其斜坡上放大系数变化明显。X向放大系数大于Y向放大系数。频率在0.2～1 Hz的傅里叶曲线随着凸起地形坡度增加而增大;30°入射EI-centro波时,在低频段随着入射角的增大,傅里叶谱幅值呈减小趋势,高频段监测点的傅里叶谱幅值随着入射角的增大而增大,在1～10 Hz高频段,幅值变化速率最大。     

二级圆柱斜齿轮系统耦合动态响应分析

应用集中参数法建立了一种计及时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差的二级圆柱斜齿轮传动系统弯－扭－轴－摆耦合动力学模型,推导并求解了传动系统的动力学微分方程组,得到了二级圆柱斜齿轮传动系统的动力响应。基于有限元法建立了箱体的动力学分析模型,在得到传动系统动态响应及轴承结合部动力学参数数值基础上,对箱体进行了动力响应分析。在将齿轮系统划分为传动系统与箱体两个子系统的基础上,实现了对整个齿轮系统的动力学分析。     

考虑多种因素影响的重力坝地震响应分析

综合考虑坝体混凝土和坝基岩体的材料非线性、无限地基辐射阻尼等因素,对Koyna重力坝进行了地震响应分析,解释了实际震害.用传统方法对Koyna坝进行了地震响应分析,可以看出,坝体混凝土采用线弹性模型不能如实反映可能出现的裂缝分布,其结果只能对起裂位置进行一定的预测;考虑材料初始抗拉强度和抗剪强度的预设缝方法预测的开裂范围较大,考虑到实际工程都需要一定的安全储备,因此预设缝方法是合理可行的.     

重力坝与水、地基动力耦合系统地震反应的时域分析

本文采用动力特解边界元法在时域内求解坝－水－地基动力相互作用问题特性．研究了坝体、地基和系统阻尼对坝体的动力特性、动水压力、动力放大系数及稳定系数的影响．结果表明本文方法可方便处理坝、水和地基的动力耦合问题，减少大量计算工作量，并具有较好的精度．     

重力坝动力特性测试方法模型试验研究

目前水工结构的动力破坏特性越来越受到关注,其中动力特性是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究重力坝模型动力特性的测试方法。重点研究了环境激励法测试结构动力特性的效果,并与传统测力法进行了比较。试验结果表明采用环境激励的方法,可只根据结构的振动响应数据,有效地测试结构的动力特性。并且在不同大小环境激励下结构的振型没有发生变化,频率与阻尼比变化很小。试验结果还表明通过环境激励法与通过传统激励法测试的振型、频率与阻尼比相差很小,可认为采用这两种方法测试的结构动力特性一致。同时还说明环境激励法可有效地测试有损伤结构的动力特性。试验结果为使用环境激励法测试实际在线重力坝结构的动力特性提供了依据。     

阶梯地形成层场地的斜入射地震动输入方法

基于黏性边界和地震动斜入射时水平成层场地反应算法,发展了一种阶梯地形成层场地的斜入射地震动输入方法,即两个侧面人工边界处采用各自高度水平成层场地的自由场反应作为输入,底面人工边界处采用入射波场作为输入。由于该方法是近似地震动输入方法,分析了人工边界位置、输入地震动、地震动入射角度、地表斜坡倾角及场地分层特性变化对该方法精度的影响。结果表明,平面SV地震波输入条件下,针对该文研究的各种工况,地表最大位移峰值误差均小于5%,说明提出的斜入射地震动输入方法精度较高,可用于阶梯地形成层场地的地震反应分析。     

基于LSSVM的重力坝地震稳定易损性分析

提出了一种基于最小二乘支持向量机的易损性分析方法,将有限元数值计算的结果作为学习样本,建立最小二乘支持向量机模型,进而进行Monte Carlo仿真,获得结构的易损性曲线,在保证计算精度的同时,提高了计算效率。采用该方法对某重力坝挡水坝段进行了动力稳定易损性分析,并对主要参数进行了敏感性分析。结果表明,该坝段能够保证设计地震作用下的动力抗滑稳定性,且有较大的安全裕度。     

二级支护边坡重力式挡墙地震动力特性的振动台试验研究

根据顺层岩石倾角20°,30°和40°,设计了3个比尺为1∶8、重力式挡墙与格构式锚杆框架结构二级组合支护的厚覆盖层与顺层岩石边坡模型,开展了3个大型振动台模型试验,对比研究多级支护和不同顺层岩石倾角条件下重力式挡墙的地震动力响应特性。大型振动台模型试验以汶川波作为激振波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向等三种激振方式,测试了重力式挡墙加速度、动位移和动土压力响应特性。通过分析加速度动力响应特性,得到了加速度放大系数随激振方式、激振加速度峰值、墙高和顺层岩石倾角的变化规律;通过分析动位移响应特性发现,重力式挡墙主要产生水平向动位移响应和动位移模式,且主要由水平向激振所产生,其动位移响应特性、动位移模式不因激振方式、岩层倾角而变化;通过对动土压力响应特性分析,得到了不同岩层倾角、激振方式条件下的动土压力沿墙高分布形式,以及动土压力响应峰值与岩层倾角、激振方式的变化规律。试验研究结论为二级支护边坡中重力式挡墙抗震设计及其地震动力反应特性的进一步研究奠定了良好的基础。     

边界条件设置及输入地震波特性对边坡动力响应影响分析

对有限计算域边界处理是边坡动力有限元计算的重要问题之一,本文利用有限元弹塑性动力分析方法,把边坡动力响应分析中边界条件设置概括为5种情况,输入3条实测地震波,研究边界条件设置和地震波特性对边坡位移响应、加速度响应以及频谱的影响。研究表明设置不同的边界条件及输入不同地震波,边坡动力响应结果有显著差异。研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的响应特性,为边坡的动力破坏机理研究和提高边坡稳定性分析评价的可靠性奠定基础。     

高面板堆石坝地震反应和破坏振动台模型试验研究

坝体在地震作用下的加速度反应、残余变形和破坏是土石坝动力分析的重要内容。本文,针对狭窄河谷中猴子岩高面板堆石坝的特殊结构形式,设计、制作了高达1米的大坝坝段模型和整体模型,进行大型地震模拟振动台模型试验。研究了大坝加速度反应的空间分布规律及相关因素对坝体加速度反应特性的影响,分析了大坝地震残余变形和破坏的发展过程和破坏机理。研究表明：面板对堆石坝体的加速度反应有明显的限制作用,不对称河谷中高面板堆石坝两岸侧坝体的加速度反应水平差异明显;高面板堆石坝的地震残余变形量值相对较小,坝体抗震性能良好,但猴子岩水电站开关站所在下游压重体平台是整个大坝结构抗震的薄弱环节,应当在设计中重点予以考虑。