有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究

有限元强度折减系数法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到人们的重视。本文较为全面地分析了土体屈服准则的种类、有限元法自身计算精度以及H (坡高 )、 β (坡角 )、C (粘聚力 )、Φ (摩擦角 )对折减系数法计算精度的影响 ,并给出了提高计算精度的具体措施。通过对 10 6个算例的比较分析 ,表明折减系数法所得稳定安全系数比简化Bishop法平均高出约 5 7% ,且离散度极小 ,这不仅验证了文中所提措施的有效性 。

半刚接钢框架内填RC墙结构超强及强度折减系数研究

基于半刚接钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)的性能试验结果,分析了延性破坏的PSRCW结构的超强能力,并结合等倒塌原则建立了PSRCW结构的位移延性系数.采用Newmark-Hall提出的Rμ-μ-T经验公式,给出了罕遇地震水准下PSRCW结构的延性折减系数以及强度折减系数.为了同我国现行抗震规范相协调,还给出了偶遇地震水准下PSRCW结构的强度折减系数,为PSRCW结构的合理抗震设计提供参考.

结构抗震设计中的强度折减系数研究

借助于单自由度弹塑性动力时程分析程序，对延性结构的强度折减系数进行了研究。在统计平均和回归分析的基础上，建立了平均强度折减系数的函数形式．本文所建立的平均强度折减系数函数，从理论上明确了结构具有的位移延性对弹性地震力的折减关系，研究成果可供结构抗震设计规范采纳应用．

海底地震动的等延性强度折减系数谱

为了解海底与陆地地震动弹塑性地震反应谱的差别,本文选取日本K-NET强震台网近年收集的部分海底及陆地强震记录,总计6个海底台站与相邻8个陆地台站在6次地震中的67组(双向水平)强震记录,以统计分析的方法研究了海底台站及其相邻的陆地台站强震记录的等延性强度折减系数谱的特性。进一步选取美国"海底地震动观测系统项目(SEMS)"的7个台站在8次地震中的9组(双向水平)海底强震记录与K-NET海底强震记录的等延性强度折减系数谱进行了对比,以探求震中距、水深等对海底地震动等延性系数强度折减系数谱的影响。总体上看,海底与陆地地震动的等延性强度折减系数谱相差不大,震中距对海底地震动等延性强度折减系数谱有一定影响,特别在周期T<1.5 s时,震中距越大其谱值越小,而水深对其影响不大。

基于强度折减系数谱的规则桥梁弹塑性地震反应分析方法

选用43次地震中获得的350条地震波,进行单自由度(SDOF)系统的非线性时程分析。运用统计回归方法,得到4类场地上SDOF系统强度折减系数与弹性周期和位移延性比的关系谱。将规则桥梁等效为SDOF系统,提出利用弹性反应谱和强度折减系数谱计算规则桥梁最大弹塑性地震反应的简化方法。等效SDOF系统的恢复力关系通过桥墩塑性铰截面的弯矩-曲率分析确定,并考虑了桥墩基础弹性变形的影响。运用给出的简化方法和非线性时程分析,对32 m铁路简支梁桥在罕遇地震下自振周期及墩顶最大位移进行计算,验证了该方法的有效性。该方法既可用于桥梁结构的抗震设计,也可用于抗震评估分析。

钢筋混凝土结构抗震强度折减系数的谱分析

为了量化结构抗震能力与结构抗震强度需求的关系,文中从理论上分析了强度折减系数与地震动参数和结构特征参数间的关系;通过弹塑性动力时程分析,研究了单自由度体系在地震作用下不同场地类别、位移延性水准、自振周期以及阻尼比对强度折减系数的影响.结果表明,以上参数对强度折减系数的影响十分显著.文中还基于不同场地类别中强度折减系数的统计平均值,通过非线性回归分析给出了单自由度体系抗震强度折减系数谱的简单公式,从而为基于位移的抗震设计提供了有益的参考.

不同规范的输电铁塔压杆局部稳定强度折减系数对比

以输电铁塔轴心受压构件局部稳定的强度折减系数为研究对象,对美国铁塔设计导则(ASCE 10-97),英国铁塔设计规范(BS 8100-3),欧洲45 kV以上架空输电线路设计规范(EN 50431-1)中关于轴心受压构件的强度折减系数规定进行了介绍,并与中国架空输电线路杆塔结构设计技术规定(DL/T 5154)的折减系数进行对比分析。结果表明:ASCE 10-97和DL/T 5154规范宽厚比的计算采用自由外伸宽度与厚度的比值,BS 8100-3和EN 50431-1规范采用整个肢宽与厚度的比值;DL/T 5154考虑局部稳定的强度折减是对钢材设计强度的折减,ASCE 10-97、BS 8100-3、EN 50431-1是对钢材屈服强度的折减;对于热轧角钢的强度折减系数,DL/T 5154最大,ASCE 10-97次之,EN 50431-1再次之,BS 8100-3最小。

剪切型结构的抗震强度折减系数研究

为了研究剪切型结构抗震强度需求的变化规律,本文基于单自由度体系的非线性时程分析,研究了不同场地条件下延性折减系数与位移延性系数和结构自振周期的关系;采用修正等效单自由度体系位移延性折减系数的方法,研究了剪切型多自由度体系的延性折减系数;以基于中国建筑抗震规范设计的代表不同抗震能力要求的RC框架结构为分析对象,通过静力弹塑性分析,研究了RC框架结构的体系超强能力。分析结果表明场地类别、位移延性水准和结构振动周期对单自由度体系的延性折减系数有显著的影响;多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小;RC框架结构的超强系数一般随结构楼层数的增加而减小,随抗震设防烈度的增大而减小,内框架的超强系数比边框架的超强系数大。

抗震规范应用强度折减系数的现状及分析

世界上大多数的抗震规范都采用了基于强度的设计方法,强度折减系数是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,提高强度折减系数的可靠性已经被认为是提高现有抗震规范可靠性的有效途径。本文主要介绍了抗震研究处于世界先进水平的美国(UBC97)、欧洲(EC8)、日本、墨西哥、加拿大、中国等国家抗震规范中强度折减系数取值的有关规定,然后给出了各国学者关于规范规定的强度折减系数的一些重要讨论和分析,最后指出了世界各国应用强度折减系数过程中存在的不足,指出了需进一步研究的问题。

结构抗震设计中的强度折减系数研究进展

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据.基于过去几十年强度折减系数的研究现状,分析总结了近场效应、多自由度体系效应、结构超强等重要因素对强度折减系数影响的研究进展,得出结论:若应用依赖于结构延性、周期及场地条件的强度折减系数模型,并合理考虑多自由度体系效应及结构超强的影响将使得抗震设计更加合理;另外,现有的强度折减系数模型并不适用于近场地区,而1999年集集地震提供的大量近场地震动为研究近场脉冲效应对强度折减系数的影响提供了前所未有的机会.

考虑设计地震分组的强度折减系数的研究

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据.本文结合我国抗震设计反应谱的形式和特点,应用823条国内外水平向地震动记录(充分利用了我国取得的强震记录),给出了一种考虑设计地震分组和场地类别的强度折减系数模型,研究了结构周期、延性、场地类别、设计地震分组、震级、震中距等因素对强度折减系数的影响.结果表明:场地条件对强度折减系数的影响是不可忽略的,特别是对延性较大的短周期结构更应注意场地条件的影响;设计地震分组是影响强度折减系数的一个重要因素,在应用我国规范设计反应谱构造非弹性反应谱所用的强度折减系数必须考虑设计分组的影响;震级对强度折减系数的影响较小;如不考虑近场大脉冲地震动记录的影响,震中距对强度折减系数的影响是可以忽略的.

双向地震作用下等延性强度折减系数反应谱研究

目前弹塑性反应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的,然而实际地震动的多维性,结构非线性的空间耦合特性使得基于单自由度体系的弹塑性反应谱存在局限性,为此本文进一步发展了双向地震作用下单质点双自由度系统的弹塑性反应谱模型。通过硬土、中硬(软)土、软土场地的178条地震记录作为地震输入,采用了不同以往的方法,建立了基于统计的强度折减系数设计谱。按3类不同场地,分析了延性系数、两水平主轴方向周期比对强度折减系数设计谱的影响。并根据统计结果,给出了便于工程应用的等延性强度折减系数简化设计谱公式。

多自由度体系效应对强度折减系数的影响

首先推导了多自由度体系效应影响强度折减系数的修正系数的计算方法,然后利用严格按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构及大量地震动记录研究了多自由度体系效应影响强度折减系数的规律,并给出了相应的实用计算公式。结果表明:结构的周期及延性对修正系数的影响较为显著,且修正系数随周期及延性的增大而增大;场地条件对修正系数的影响可忽略。

近场脉冲效应对强度折减系数的影响分析

近场脉冲型地震动具有十分巨大的潜在破坏性。以集集地震提供的近场地震动记录为基础,利用统计分析的方法研究近场脉冲效应对强度折减系数的影响规律,并给出近场脉冲效应影响强度折减系数的修正公式。结果表明:在长周期频段,近场速度脉冲型地震动给出的强度折减系数与一般地震动给出的强度折减系数趋向于一致,而在中短周期频段,近场速度脉冲型地震动给出的强度折减系数显著小于一般地震动给出的强度折减系数,这表明如果用现有的强度折减系数模型(都是远场地震动给出的强度折减系数)应用到近场地区,则可能是比较危险的;对某一给定的周期,随延性系数的增大,近场速度脉冲型地震动给出的强度折减系数与一般地震动给出的强度折减系数的差异也越大。

近场地震作用下单自由度结构强度折减系数谱

在考虑位移延性和屈服强度比对单自由度结构强度折减系数影响的基础上,针对近场地震记录提出一个完备的强度折减系数模型。收集了近年来几次较大的近场地震动(震中距:0～30km)中的记录共计212条,并且依据场地土类别对所选记录进行分类。脉冲信号广泛存在于近场记录中,并由此产生前倾性、急冲等效应,使得近场记录具有不一样的频谱特性。已有的模型虽然也涉及到近场记录,但并没有明显突出这些特点,因而,采用已有的模型来计算结构在遭受近场记录时的强度需求,可能会导致不安全的结果。通过计算单自由度系统的强度需求和对结果进行回归分析,在满足一定位移延性以及屈服强度比下,建立适用于近场地震动记录的强度折减系数谱;并提出满足一定超越概率的模型来考虑结果的离散性。

序列型地震作用下考虑损伤的强度折减系数

基于性态的结构抗震设计中的强度折减系数是确定结构非弹性反应谱的重要依据。本文研究主余震序列型地震作用下单自由度体系考虑损伤的强度折减系数谱。首先收集主余震实测记录并按中国抗震规范要求进行场地类别划分,对余震峰值进行调幅后进行单自由度结构弹塑性动力时程分析,研究了结构周期、延性系数、损伤指数、余震作用等因素对强度折减系数需求的影响。结果表明余震对强度折减系数的影响显著,考虑累积损伤的强度折减系数(R_D)是基于位移延性的强度折减系数(R_μ)的0.6至0.9倍。最后,经过统计平均和回归分析,建立了平均强度折减系数谱的简化公式。

基于屈服接近度概念的尾矿坝静力稳定性分析及其与强度折减系数法的对比

建立了能考虑塑性变形、温度、饱和度和孔隙比等对材料特性影响、土-水特性曲线并采用扩展的Mo-hr-Coulomb屈服准则、以屈服接近度为安全指标的尾矿坝流固耦合有限元分析模型.分别运用上述方法和强度折减系数法对龙都尾矿坝干滩面为100 m时的饱和-非饱和渗流场和变形场的耦合响应特性进行了模拟,比较表明两者的结论吻合.但本文所采用的方法仅需一次计算就能获得坝体变形、浸润线等重要指标,以及考虑各种影响因素的屈服接近度分布,据此可直观全面地了解不同工况下坝体安全的全场信息,同时大大简化了分析过程和减少了计算工作量和人为因素的影响,有利于对尾矿坝的稳定性进行客观的评价.

弯曲型与剪切型多自由度体系抗震强度折减系数比较分析

研究弯曲型与剪切型多自由度体系的抗震强度折减系数的差异.采用4条中硬土类场地的地震动记录,以多质点系悬臂柱模拟弯曲型剪力墙结构,抗侧移串联弹簧系统模拟剪切型框架结构,通过非线性动力时程分析,研究楼层位移延性水平和基本振动周期对弯曲型结构抗震强度折减系数的影响,并比较与剪切型结构抗震强度折减系数的差异.分析结果表明:弯曲型结构的抗震强度折减系数比剪切型结构的抗震强度折减系数总体上约大40%;楼层数和位移延性水平是结构抗震强度折减系数的重要影响因素.

考虑材料变异性的半刚接钢框架内填RC墙结构的强度折减系数研究

为合理评估半刚接钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)的延性及强度折减系数,文中利用Latin超立方抽样方法考虑PSRCW结构中型钢、钢筋及混凝土材料力学性能的随机性,提出一种基于Pushover方法评估PSRCW结构延性及强度折减系数的概率方法。根据现行抗震设计规范设计4组160个PSRCW算例样本,重点考察了层数、抗震设防烈度、水平荷载分布模式等因素的影响,利用Pushover方法确定160个PSRCW算例的抗侧能力曲线,基于概率方法按置信水平为95%的单侧置信下限确定PSRCW结构的延性及强度折减系数。研究结果表明,随着层数的增加,PSRCW结构的延性及强度折减系数均呈降低趋势;设防烈度对PSRCW结构的延性折减系数影响不明显,但对强度折减系数影响较大;均匀分布模式作用下确定的PSRCW结构的延性及强度折减系数均显著大于按广义乘方分布模式的分析结果。

对钢筋混凝土轴心受压柱增大截面加固中强度折减系数取值的进一步分析

分析了钢筋混凝土轴心受压构件增大截面加固中的强度折减系数。影响这一系数的因素很多 ,轴压比与原柱截面的配筋率是关键因素。提出了一种确定加固截面强度折减系数的适用方法。