消能减震技术在结构抗震加固改造中的应用

为了使消能减震技术能更好地应用于实际加固工程中,该文归纳总结了国内外常用的消能减震装置的类型及其工作原理,简要介绍了传统抗震技术和消能减震技术的区别,详细介绍了黏滞阻尼器的力学理论及计算方法。通过SAP2000进行数值仿真,并结合工程实际进行了加固设计,阐述了消能减震加固设计的一般流程,对比分析了结构加固前和加固后的工况。结果表明,采用消能减震技术加固后,有效地降低了结构的地震响应,达到了国家抗震规范要求。

隧道围岩结构地震动稳定性分析的动力有限元强度折减法

为了得到隧道围岩结构的地震动安全系数,借助通用有限元软件ANSYS,首先对水平地震作用下的模型进行模态分析,得到质量阻尼系数和刚度阻尼系数;其次由静力分析模型得到竖向边界上的水平向支座反力,然后将结构自重转化为温度边界条件,通过热分析得到模型各节点的温度,从而实现在动力分析中考虑重力的影响;最后采用悬臂梁动力分析模型,导入热分析获得的模型各节点的温度,并在竖向边界上施加水平向支座反力,通过不断折减围岩塑性区的凝聚力c和内摩擦角Φ,直到计算不收敛为止,从而得到隧道围岩结构的地震动安全系数。数值算例结果表明:采用的方法是可行的,将围岩结构自重转化为节点温度的措施解决了以往动力分析不能考虑结构自重的难点,进而为以后地震作用下隧道动力安全系数的计算及其工程应用提供了理论依据。

大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构的静力和地震动稳定分析

为得到大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构在重力和地震作用下的剪切破坏规律,借助于ANSYS软件,根据强度折减法,分别对蛋形无衬砌黄土隧道进行重力分析和地震作用下的动力稳定性分析;探讨跨度、覆土厚度和地震烈度对围岩抗剪强度安全系数的影响。数值算例结果表明:从抗剪强度的角度来看,大跨度无衬砌蛋形浅埋黄土隧道虽能达到初次衬砌的要求,但均不能达到正常使用的稳定性要求;安全系数随跨度、覆土厚度以及地震烈度的增大有所降低,但影响幅度不大。得出的结论可为大跨度蛋形无衬砌隧道的实际施工提供理论基础,并为定量分析大跨度有衬砌黄土隧道的地震反应提供参考。

渗流和双向地震下跨海减震隧道的稳定分析

为了研究渗流和双向地震作用下跨海减震隧道工程结构的稳定性,采用动力有限元静力强度折减法,并利用ADINA软件分别建立了结构场和流体场分析模型。考虑黏弹性人工边界、双向地震和渗流的影响,研究海水深度、覆岩厚度和渗透系数对设置减震层跨海隧道动力稳定安全系数的影响以及塑性区的变化规律。研究结果表明:渗流和双向地震作用下,跨海减震隧道结构的塑性区最先出现在隧道结构的两侧拱脚和拱肩周边部位,拱顶部位没有出现塑形区;覆岩厚度越厚,设置减震层对跨海隧道在地震作用下的安全系数提高越少;海水深度和渗透系数的变化对设置减震层跨海隧道结构的安全系数影响不大;覆岩厚度的变化对跨海隧道在渗流和地震作用下安全系数的影响大于海水深度和渗透系数的影响。

基于振动台试验的滑移隔震-限位混凝土矩形贮液结构减震研究

混凝土矩形贮液结构由于其独特的优势,在土木工程领域具有广泛的应用,但是历次地震中都不乏该类结构的破坏案例,减小其在地震作用下的破坏概率迫在眉睫。为研究滑移隔震在混凝土矩形贮液结构减震方面的有效性,运用振动台缩尺试验对比研究了非隔震、铅芯橡胶隔震、滑移隔震-限位混凝土矩形贮液结构的动力响应,探讨滑移隔震对贮液结构的减震优势,研究限位装置对结构滑移位移的控制效果,并验证基于ALE法数值模型的合理性。结果表明,滑移隔震对结构动力响应和液体晃动波高都具有很好的控制效果,其减震效果明显优于铅芯橡胶隔震,进行合理的限位装置设计能够克服滑移隔震混凝土矩形贮液结构位移超限和震后残余位移较大的缺陷。滑移隔震-限位减震系统能够在震后保持完好,且造价低廉,因此其在混凝土矩形贮液结构减震方面具有非常优越的应用前景。

渗流作用下海底隧道的流-固耦合地震响应分析

为了研究渗流和地震对海底隧道结构的影响,文章选取海底断裂破碎带处的隧道为研究对象,将隧道围岩定义为多孔连续介质,并考虑粘弹性人工边界、围岩与岩体孔隙水之间的流-固耦合作用,利用有限元软件ADINA,分析了水平地震作用下隧道围岩中孔隙水压力的变化、多孔介质中的动水压力对隧道衬砌的作用、多孔介质渗流场与地震应力场的耦合作用对隧道安全与稳定的影响。数值计算结果表明:渗流情况下多孔围岩介质中的动水压力对隧道结构内力具有明显的影响,不可忽略;地震作用使得隧道衬砌两侧、拱肩和拱脚区域应力应变明显增大。

四边简支钢筋混凝土矩形薄板的热屈曲

基于刚性板和小挠度理论,考虑混凝土的材料非线性,推导了热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的平衡方程和稳定方程。给出了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在横向变温和温度均匀变化时临界屈曲温度变化的封闭解,并对工程中常见的钢筋混凝土矩形薄板在温度均匀变化时的临界屈曲温度变化进行了计算,讨论了板的材料常数、长宽比和相对厚度对临界屈曲温度变化的影响,从而为工程结构中钢筋混凝土矩形薄板的临界屈曲温度变化的计算提供了理论计算依据。

基于围岩位移控制的超大断面黄土隧道施工方法研究

为了确定超大断面黄土隧道的最优施工方法,考虑隧道衬砌结构和土体的弹塑性本构关系,利用有限元软件——ANSYS,采用6种施工方法(CD法、CRD法、单壁导坑法、双臂导坑法、预挖开挖法和预留开挖法)对超大断面黄土隧道进行了数值仿真。通过对围岩控制点位移的对比分析可知:对于超大断面黄土隧道的施工,CRD法为最优施工方法;施工中加临时支撑时,中部临时支撑对于围岩稳定性具有较大影响,临时支撑拆除前后隧道围岩的塑性等效应变均增加了约20%。

钢筋混凝土矩形贮液池温差效应的初探

根据热传导理论，推导出日照和液体温度作用下钢筋混凝土矩形贮液池壁面温差的近似解， 从而求得温差效应．结合数值算例，将温差效应与液压作用效应作了比较，提出了解决壁面温差效 应的方法，

地震作用下无衬砌黄土隧道围岩结构安全系数的计算探讨

为了得到无衬砌黄土隧道围岩结构在地震作用下的安全系数,借助有限元软件ANSYS,首先采用水平地震作用下的动力分析模型进行模态分析,得到质量阻尼系数和刚度阻尼系数;其次,输入地震波进行动力时程分析,得到模型顶点的最大水平位移;最后,采用静力分析模型,并考虑自重和左右边界上顶点水平位移最大时的侧向边界节点水平位移,通过不断折减围岩土体的抗剪强度参数,即黏聚力c和内摩擦角?,直到计算不收敛为止,从而得到无衬砌黄土隧道在地震作用下的安全系数。数值算例表明:所采用的方法是可行的,地震作用会使得围岩结构的安全系数降低,从而为以后黄土隧道围岩结构在地震作用下安全系数的计算及其工程应用提供了理论依据。

微幅晃动下考虑地基效应的矩形贮液结构动力响应研究

一般情况下矩形贮液结构通过底板直接坐落在地基上,有必要在考虑地基效应的基础上研究其动力特;定义微幅晃动波高限值,并建立矩形贮液结构的简化模型。采用人工边界模拟地基效应,建立了有限元计算模型,对比两类模型对应的晃动波高以验证简化模型的合理性,基于势流理论在微幅晃动范围内研究在不同边界条件、不同地震波和不同地震加速度幅值下矩形贮液结构的动力响应。结果表明,两类模型得到的晃动波高趋势一致,且最大晃动波高相差较小。在微幅晃动范围,液体最大晃动波高和地震加速度幅值成线性关系,考虑土-结构相互作用后,壁板水平位移、壁板有效应力和液体晃动压力有较大程度的的减小,而地基效应对液体晃动波高影响很小。

热环境下混凝土矩形薄板在弹性地基上的振动

基于刚性板的小挠度理论,考虑混凝土的材料非线性,推导了双参数弹性地基上混凝土矩形薄板热弹性问题的动力方程。采用级数法,导出了热环境下双参数弹性地基上四边简支混凝土矩形薄板的固有频率计算公式和强迫振动下的挠度函数。为便于工程应用,给出了双参数弹性地基上四边简支混凝土矩形薄板在恒向变温和温度均匀变化时的固有频率和均布荷载作用下的挠度函数。针对W inkler弹性地基的情况,讨论了板的材料弹性常数、几何尺寸(长宽比)、相对厚度、刚度系数k和温度对薄板固有频率和挠度函数的影响,从而为工程结构中热环境下弹性地基上混凝土矩形薄板的振动计算提供了理论依据。

混凝土非隔震矩形贮液结构的液-固耦合地震响应

为了得到地上式非隔震钢筋混凝土矩形贮液结构的液-固耦合地震响应,假定液体为不可压缩,考虑液体表面重力波的影响,综合考虑单元选取、地震动输入方法、网格密度、收敛性和液-固耦合的实现等因素,研究单格贮液结构中地震作用对液体晃动高度、壁面位移、等效应力和等效应变的影响,同时分析不同液位高度下波高、壁板位移和应力的变化规律。结果表明:(i)液体的晃动幅度、等效应力、壁板位移峰值均随着地震烈度的增大而增大;(ii)液位越高,应力、应变和壁板位移值越大,但晃动幅度相对变小;(iii)液量越少,液体晃动幅度越大。

钢筋混凝土矩形薄板在弹性地基上的热屈曲

基于板的小挠度理论,考虑混凝土材料的非线性,推导了弹性地基上钢筋混凝土矩形薄板在热载作用下的平衡方程和稳定方程,给出了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在均匀温度变化时临界屈曲温度变化的封闭解,讨论了板的材料常数、长宽比、相对厚度和基床系数等对临界屈曲温度变化的影响,从而为工程结构中弹性地基上钢筋混凝土矩形薄板的临界屈曲温度的计算提供了理论计算依据。

矩形贮液结构的液-固耦合振动特性试验

为了得到矩形贮液结构液-固耦合系统的振动特性,该文针对钢制矩形贮液结构的液-固耦合系统进行模态试验分析,给出了矩形贮液结构在无液体与有液体、不同顶板厚度及贮存不同液体时液-固耦合系统的前4阶固有振型和相应的固有频率,对比分析了贮存液体,顶板的相对厚度和液体密度对矩形贮液结构液-固耦合系统固有频率的影响。结果表明:贮存液体会降低贮液结构的固有频率,加大顶板厚度会使贮液结构的固有频率增大,液体密度对贮液结构的固有频率影响不大,从而为矩形贮液结构液-固耦合系统的研究和应用提供依据。

热载作用下四边简支矩形薄板解析解的商榷

基于薄板的小挠度理论,推导了各向同性薄板在横向变温作用下的平衡微分方程．通过试设满足平衡微分方程的挠度函数,采用李维解法,推导了四边简支各向同性矩形薄板在横向变温作用下的挠度方程,得出了横向变温作用下四边简支各向同性矩形薄板的解析解,从而为以后的工程计算提供了理论依据．

爆炸作用下土体隧道衬砌结构的动力响应

为了找出爆炸动力作用下的隧道衬砌结构薄弱部位和力学规律,建立了土体隧道动力分析整体有限元模型;利用显式动力有限元程序Ansys/Ls-dyna进行了数值模拟,探讨了土体隧道衬砌结构在爆炸作用下不同部位的时间历程曲线;分析了爆炸作用下土体隧道衬砌结构的动力响应。结果显示:隧道衬砌结构肩部在x、y方向的位移都较大;隧道衬砌结构顶部在y方向的位移较大;隧道衬砌结构顶部、肩部的加速度峰值最大并且加速度曲线均出现了两次或多次峰值。这反映了爆炸冲击波有比较强烈的多次反射;各部位压力时程曲线波动较大,按照肩部、顶部、胯部、底部、腰部的顺序先后到达峰值;顶部和肩部σx峰值最大,顶部和底部σy峰值最大,顶部、肩部、底部τmax峰值最大。顶部和肩部出现最大拉应力说明爆炸对拱顶拱肩损伤较大,隧道衬砌结构将会最先在这两处发生破坏。

曲墙式土体隧道围岩结构的爆炸动力响应

为了找出爆炸动力作用下的力学规律、隧道围岩结构的薄弱部位和最容易失效的单元,通过建立土体隧道动力分析有限元整体模型,综合考虑非线性动力方程的求解方法、材料模型的选取、爆炸冲击波的输入方法和收敛性及流固耦合效应的实现因素,利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,探讨了土体隧道围岩结构在爆炸作用下不同单元的时间历程曲线,分析了爆炸作用下土体隧道围岩结构的动力响应问题,从而为隧道的抗爆设防设计提供参考依据。

三边简支一边自由混凝土矩形薄板的热弯曲

基于薄板的小挠度理论和叠加原理,考虑横向变温情况,将温度作用下的三边简支一边自由矩形薄板看作是面内温差作用下的四边简支矩形薄板和自由边上挠度作用下的三边简支一边自由矩形薄板的叠加,得到了温度作用下三边简支一边自由混凝土矩形薄板的挠度和弯矩解析解。首先通过在自由边界上试设具有待定参数的挠度函数,采用李维解法推导出三边简支一边自由矩形薄板在自由边界挠度作用下的挠度方程;其次利用横向变温作用下四边简支矩形薄板的求解得到待定参数;再采用叠加原理得出横向变温作用下三边简支一边自由矩形薄板的挠度和弯矩解析解;最后利用MATLAB编制程序得到了横向变温作用下三边简支一边自由矩形薄板的计算系数用表,为工程结构中三边简支一边自由混凝土矩形薄板在热环境下的设计计算提供了理论依据。

钢筋混凝土矩形贮液结构的液-固耦合晃动——弹性底板

针对小幅晃动的理想液体,根据钢筋混凝土矩形贮液结构的液-固耦合振动模型和数理方程理论,推导了结构内液体的速度势函数。针对Winkler弹性地基的情况,应用能量原理推导了钢筋混凝土矩形贮液结构液-固耦合晃动频率的计算公式。为便于工程应用,给出了钢筋混凝土矩形贮液结构液-固耦合晃动基本频率的计算公式。结合数值算例,讨论了混凝土弹性模量、基床系数、液体密度和底板的相对厚度等对钢筋混凝土矩形贮液结构液-固耦合晃动基本频率的影响,从而为以后工程结构中钢筋混凝土矩形贮液结构的设计计算提供了理论依据。