基于m法计算桩-土效应时m取值对桥梁动力响应的敏感性分析

本文以某公园人行玻璃悬索桥为研究对象,基于m法选取不同的m值分析桩基础在地震作用下的水平位移和内力响应,研究m值选取对弹性桩水平位移及内力响应的影响程度,为采用m法计算弹性桩水平位移及内力响应时m值的选取提供理论依据,为以后同类型桥梁相关计算提供参考。

框架梁不同截面位置荷载效应组合的取值研究

建筑结构设计中,框架梁一般有左端、跨中、右端3个控制截面,每个控制截面上对应抗震情况下的荷载效应组合和非抗震情况下的荷载效应组合两种工况,荷载效应组合选取的正确与否直接关系着建筑结构的使用安全。对现行的《建筑结构可靠性设计统一标准》《建筑抗震设计规范》及《建筑与市政工程抗震通用规范》相关内容进行分析,得出框架梁不同截面位置起控制作用的荷载效应组合。

风与地震作用下平面索网幕墙系统的动力性能研究

平面索网幕墙被广泛应用于大型公共建筑中,因具有阻尼小、刚度低、非线性强等特点,其在强风与地震作用下易出现索力突变、变形过大、面板损伤等不利现象。建立了索网幕墙系统的精细化数值模型,量化了风、地震作用下相邻主结构对幕墙动力性能的影响,分析了两种灾害共同作用下的索网动力响应及面板、密封胶安全状态,计算了幕墙的风振系数并与规范参考值进行对比。研究结果表明:考虑主结构影响的索网幕墙的频率平均减小了12%,地震作用下中部拉索的峰值位移比为6.5,远大于风致响应,计算索网幕墙的地震响应时不可忽略主结构的影响。两种灾害共同作用时,索网位移的增幅大于索力的增幅,位移响应对外部激励变化更加敏感,且位于幕墙顶部的玻璃面板与密封胶的应力均超过设计强度,应在运维过程中予以重点关注。此外,对索网幕墙风致响应结果进行数理统计,得到了可供工程设计参考的风振系数。

钢框架-灌浆轻钢剪力墙结构抗震性能试验研究

对钢框架-灌浆轻钢剪力墙结构足尺试件进行了水平低周往复加载试验,研究了灌浆轻钢剪力墙与钢框架的耦合效应,分析了结构的破坏模式、受力特征和耗能机理,得到了结构的承载能力、抗侧刚度、延性及耗能能力等。通过与纯钢框架及冷弯薄壁型钢灌浆墙体结构的试验结果对比,发现灌浆轻钢剪力墙通过自攻螺钉采用内嵌的方式与钢框架连接,二者具有良好的协同工作性能,框剪结构的抗剪承载力和抗侧刚度分别是钢框与墙体对应值之和的1.50倍和1.64倍,结构延性系数达5.42,抗震性能优良,研究结果可为该类结构的设计研究提供科学基础。

不同双轴加载路径下T形截面RC剪力墙抗震性能试验研究

为了探究复杂多维地震作用下带翼缘剪力墙的损伤机理和抗震性能,进行了5个T形截面RC剪力墙的水平单、双轴拟静力试验,研究双轴加载对T形墙破坏模式、滞回性能、承载力、延性与耗能能力的影响,考察T形墙在不同双轴加载路径下的受力机理和多维抗震性能。结果表明:T形墙在单、双轴加载下的破坏均发生在墙肢自由端底部,双轴加载加剧了裂缝的开展和混凝土的剥落,且对翼缘的损伤影响更大;T形墙两正交方向的受力行为存在明显的相关性,双轴耦合受力产生的内力重分布和局部附加应力会改变T形墙的局部受力机理和整体性能,表现为一个方向受荷时,其正交方向在位移不变的情况下荷载会产生突变;相较于单轴加载,双轴加载下T形墙各方向承载力平均降低了6.90%,极限变形能力平均降低了11.28%,单个方向破坏时的累积耗能减小,且双轴耦合效应按“十”字形、“8”字形、矩形加载路径的顺序依次增强。鉴于地震动的随机性以及结构响应的多维耦合性会显著改变带翼缘RC剪力墙在实际地震作用下的抗震能力,建议在剪力墙结构抗震设计时合理考虑承载力的折减并适当减小层间位移角限值。

宁句城轨预应力预制桥墩抗震性能试验研究

采用预制拼装技术可以加快桥梁的施工速度和提高施工质量,近年来也逐渐受到地铁工程界的关注。由于对预制桥墩抗震性能的担忧,很难在重要工程和强震区采用。本文以宁句城际轨道预制拼装桥墩为背景,开展现浇、预制和预应力预制桥墩的抗震性能试验研究。结果表明:有粘结预应力可明显提高预制桥墩的强度、极限位移、位移延性和抗震自恢复性,减小单圈耗能能力,可有效地抑制预制桥墩的柱脚滑移。通过在纤维有限元模型中引入零长度滑动弹簧单元,解释了周期性的销栓-摩擦效应。预制桥墩的模拟滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好,能有效模拟滞回曲线捏缩现象。当预制桥墩应用在中高地震区时,建议采用预应力筋。

地震诱导紧急停机状态下近海风力机动力特性研究

为研究超大型单桩式近海风力机在紧急停机状态下的动力学特性,以DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,建立风浪相关的湍流风-波浪-地震载荷多物理场模型,通过p-y曲线法、Q-z曲线法及Winkler模型构建土-构耦合模型,对比研究其在正常运行、停机及紧急停机状态下的动力学特性。结果表明,风力机在停机状态下受地震载荷影响最大,较未发生地震,其塔顶前后向及侧向位移极差分别增加249.22%及1869.14%,支撑结构剪应力峰值增加约333.33%。在进行紧急停机操作时,由于叶片变桨作用,致使支撑结构剪应力及塔架应变能大于同时刻正常运行状态。紧急停机操作,加大了塔顶位移范围,使塔顶振动中心向湍流风来流方向偏移,同时有效缓解风力机在外部载荷作用下所造成的支撑结构剪切力激增及塔架前后向应变能集聚现象。

高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现:地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。

腐蚀海底管道可靠性分析

为了计算海底管道在腐蚀作用下的可靠性,研究了海底管道在正常服役阶段可能受到的荷载作用,包括内压、温度、弯曲、覆土、地震作用和残余应力作用。基于Monte Carlo方法结合算例,计算了腐蚀海底管道在这些作用下的可靠性,得到了失效概率随时间的变化曲线。同时,研究了这6种作用对腐蚀海底管道的影响,描述了各种作用对腐蚀海底管道的影响程度。从影响腐蚀海底管道失效概率的角度,定义了参数灵敏性指标,对海底管道设计中经常涉及的参数如操作压力、管道半径、管壁厚度和管线埋设深度等进行了灵敏性分析,讨论了其变化对管线失效概率的影响,为实际工程中对腐蚀海底管道进行可靠性分析提供了参考。

地下结构在竖向和水平地震荷载作用下的动力分析

本文基于有效应力动力分析法 ,运用二维显式有限差分程序FLAC对地下结构在竖向和水平地震荷载作用下的动力响应进行数值分析。编制了周围土体介质分析模型的程序模块并与FLAC接口。考虑了水平和竖向地震荷载对地下结构的耦合效应 ,得出了竖向地震荷载对地下结构的破坏有重要影响的结论。

提高地铁车站结构抗震能力的理论及数值分析

1995年阪神地震中,地铁车站等地下结构遭受了严重的破坏,其中大开地铁车站破坏尤为严重,一半以上的中柱发生坍塌,为了提高地铁车站结构的抗震能力,基于第二类拉格朗日方程首先建立了地震荷载和轴力联合作用下柔性动边界梁动力响应的分析方法,并讨论了轴力和弹簧刚度与阻尼系数对动力响应的影响特点与规律,然后利用ABAQUS软件对阪神地震荷载作用下大开地铁车站在有无设置隔震器时进行了三维非线性动力分析。研究结果表明:所提出的理论分析方法可以较好地分析地震荷载与轴力联合作用下柔性动边界梁的动力响应问题;在强震荷载作用下,在地铁车站中柱的端部合理设置隔震支座能够有效减小结构(尤其是柱子)的变形与损伤破坏,提高其抗震能力;柱子上部覆土及结构自重产生的轴力会对柱子的振动响应产生影响,一旦结构交叉部位产生塑性铰,轴力会加剧中柱的破坏,上部覆土及结构自重在地下结构动力分析中必须考虑。

混凝土楼板对钢框架梁柱节点抗震性能影响的试验研究

为了研究节点区混凝土楼板对钢框架梁柱节点抗震性能的影响,完成了4个不同构造形式的节点试件在低周循环荷载下的破坏试验,分析了节点构造与混凝土楼板配筋率等因素对节点承载力、转动刚度、极限转动能力、耗能能力、延性和极限破坏状态的影响。对节点破坏模式和滞回曲线的分析表明,保证焊接质量是避免节点脆性破坏的重要措施。采用长焊接孔的节点,使钢梁发生了局部屈曲破坏,既可减少局部应力集中,又可提高节点的延性,提高配筋率可以显著增强节点的抗弯承载力。另外,混凝土楼板的存在使节点在构造上存在不对称性,应该在节点设计中给予考虑。

随机地震荷载作用下黄土震陷的影响因素研究

首先采用场地未来50 a超越概率10%的地震波作为输入激振波进行动力试验,根据试验结果对随机荷载作用下黄土震陷的残余动应变表达式进行修正,通过多组试验数据的反复验证,修正后模型与试验结果相关性较好。其次,通过控制人工合成地震动时程的功率谱和包络函数相关参数,得到不同卓越频率和有效持时的地震动时程,并据此进行动三轴试验,研究卓越频率和有效持时对黄土残余应变的影响效应,结果表明:卓越频率高、有效持时长的地震荷载作用下,相同动应力引起土体的残余变形较大。另外,固结比和含水量对黄土的残余应变也有较大的影响,在同一动应力作用下,高固结比和高含水量时试样将产生更大的残余应变。

川滇地区强震序列库仑破裂应力加卸载效应的数值模拟

通过建立较精细的川滇地区三维有限元模型,数值模拟了川滇地区主要活动断裂的强震活动对于其他活动断裂潜在强震孕育进程的库仑破裂应力加卸载效应.模拟结果显示在川滇地区主要活动断裂带的几何学展布形态和运动学性质的构造背景之上,川滇地区强震活动相互影响的主要特征是活动断裂面库仑破裂应力变化大多处于增大状态.其中,金沙江断裂带、小江断裂带、楚雄—建水断裂带、鲜水河断裂带和安宁河断裂带上的强震所产生的加载作用比较强,而丽江—小金河断裂带和腾冲—澜沧断裂带则较弱.1981～2000年川滇地区M≥6.5地震序列的模拟结果显示,后续地震全部位于已发生地震所引起的库仑破裂应力增大区之内.数值模拟结果显示,在川滇地区,一个强震发生之后,发震断层本身强烈卸载的同时,库仑破裂应力的加载效应在其他主要活动断裂带潜在强震孕育进程中占据了主导地位,强震活动之间相互作用的主要效应是应力加载,已发生的强震加速了下一个强震的孕育进程,进而导致一系列地震的发生,直至整个区域所积累的应变能处于较低水平之后,区域地震活动进入一个新的平静期.

含屈曲约束耗能支撑的高层建筑地震作用效应分析

本文以威盛大厦为例,对含屈曲约束耗能支撑的高层建筑钢结构的地震作用效应及抗震性能进行了分析。分析表明:(1)本工程的结构破坏模式为:X方向梁铰机制,Y方向柱铰机制;结构的抗震性能满足设计要求,(2)在小震作用下,屈曲约束耗能支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度;中震作用下,部分屈曲约束耗能支撑达到屈服状态,为结构提供耗能能力。

发震断层面上潮汐有效剪切应力增量的计算与加卸载的确定

发震断层面上潮汐有效剪切应力增量的数值计算是应用响应比理论的一个关键性基础问题。本文根据潮汐形变理论及弹性力学理论，导出了直接、严密和实用的潮汐有效剪切应力增量的数值计算公式，给出了判断加载、卸载区间的直接公式──潮汐有效剪切应力增量对时间一阶微分的解析表达式，最后还给出了一些应用实例。

地震作用与风荷载的组合问题

选择广州和汕头作为广东沿海地区的典型城市，用权值Ⅰ型和极值Ⅲ型统计了两市的风压和地震作用（烈度）资料，然后用弗里博斯-卡斯坦尼塔（FerryBorgesandCastaneta）荷载过程模型给出两市的风荷载和地震作用的组合系数。最后利用广州市广东国际大厦（63层）和汕头市国际大酒店的抗震、抗风验算结果，作了进一步的讨论。

考虑初始荷载的火灾后RC柱抗震性能

为研究初始荷载作用对火灾后钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,分别对3根高温后RC柱和2根常温对比试件进行滞回加载试验。比较分析了不同初始荷载作用下试件的温度场变化、滞回曲线、骨架曲线和破坏模态,重点研究了不同初始荷载与高温冷却全过程对钢筋混凝土柱的破坏模态、剩余变形、剩余承载力、抗弯刚度与延性以及耗能能力的影响。结果表明:初始荷载作用对钢筋混凝土柱高温后的抗震性能影响显著,且存在一定尺寸效应;初始荷载作用时,随着轴压比增大,高温后试件的破坏模态由弯曲破坏变为压溃破坏;初始荷载的作用不仅影响柱截面温度场,而且使得高温后试件产生剩余压缩变形,轴压比越大,剩余压缩变形越大,剩余承载力和抗弯刚度均呈增大趋势,而延性和耗能能力呈下降趋势;高温冷却作用使得试件的承载力、抗弯刚度、延性以及耗能能力总体呈现不同程度的退化;建议在对受火后钢筋混凝土柱进行损伤评估和抗震性能研究时,应合理考虑初始荷载作用和尺寸效应的影响。

通信铁塔动力效应分析

为研究通信铁塔在风载荷与地震影响下的结构振动及其稳定,使用ANSYS有限元分析软件对通信铁塔的风荷载受力情况、地震反应和模态进行动力效应分析。结果表明:在正常大风工况下,铁塔基础作用力最大,铁塔的基础作用力是由风速大小控制的。随着通信铁塔高度的增加,结构的自振频率减小,结构刚度减小;通信铁塔的结构刚度较大,其基本周期均在5附近。铁塔的地震响应基础作用力均为上拔力,上拔力比在大风荷载下增加了15%。通过实测值与有限元模拟值进行比较,两者之间误差在可控范围内。

复杂结构在重复地震序列作用下的损伤性能研究

为了研究复杂结构在多序列地震作用下的累积损伤效应,针对一实际建筑——法门寺合十舍利塔进行了重复地震作用下的弹塑性时程分析,分别采用基于位移和基于Park-Ang损伤模型的指标分析结构在多重地震序列下的损伤累积效应。研究结果表明:基于位移的单参数损伤指标无法较真实地反映结构在重复地震下的累积损伤效应,而基于位移和能量组合的Park-Ang损伤模型指标能较为合理地反映结构的这种累积效应;前次地震作用产生的残余变形对结构在后续地震中的响应有很大的影响,因此计算有损结构的损伤指数时,应考虑结构的初始残余变形对损伤指数的影响。