近场波动对钢筋混凝土框架结构地震响应的影响

采用一维化时域方法将地震波动转化为等效节点荷载,通过三维黏弹性人工边界单元模拟远场地基辐射阻尼,建立基于刚性地基假定和考虑近场波动的三维钢筋混凝土框架结构有限元模型,对比内力和位移动力时程响应。研究表明:考虑近场波动使钢筋混凝土框架结构自振周期变长;与刚性地基假定相比,在观测点处,梁端弯矩幅值增大,轴力幅值减小,剪力幅值改变;柱端弯矩幅值减小,轴力幅值增大,剪力幅值也存在差异;顶点位移和层间位移均衰减。

基于不同基岩深度反演地震动的比较

从KiK-net台阵网中选取了属于Ⅱ类和Ⅲ类场地的39个台站,并收集了相应的钻孔资料。对应于每一个钻孔,假定了2个地震波输入基岩界面,一个为规范规定的基岩面(剪切波速大于等于500 m/s,称为输入面1),另一个为钻孔底部的岩石面(实际剪切波速远大于500 m/s,称为输入面2),分别建立了一维土层模型。采用一维土层地震反应分析的等效线性化方法,由地表加速度记录反演计算了基岩输入界面1和界面2的地震动,分别计算了界面1和界面2的峰值加速度PGA比值和有效峰值加速度EPA比值。经比较,在不同的地表地震动强度输入下,无论是Ⅱ类还是Ⅲ类场地,界面1和界面2的PGA比值和EPA比值基本上介于1.0~3.0之间。显然,基岩输入面越深,剪切波速越大,地表加速度放大效应越明显,基岩输入面的选取对地表地震动有很大影响。

地下结构抗震理论分析与试验研究的发展展望

目前我国在地下结构抗震分析与破坏灾变机理研究中尚存在诸多问题需要解决,在分析总结我国地下结构抗震理论与试验研究的基础上,重点阐述了需要进一步深入研究的六个关键问题:地下结构振动模型试验研究技术,土体非线性动力本构模型,高轴压的地下结构承重构件地震破坏机理,非一致波动输入及非一致波动输入下地下结构的地震反应,饱和砂土液化大变形理论及本构模型,大型三维非线性土-结构动力相互作用分析模型。这些问题的研究和解决对于完善地下结构抗震理论分析方法与试验研究技术,获得大型地下结构在地震作用下的反应规律与破坏灾变机理具有重要的科学意义和工程应用价值。

三维黏弹性介质人工边界研究

为了得到适于分析非线性结构-地基相互作用问题的人工边界,结合弹性波理论与黏弹性理论,推导出了适于模拟三维黏弹性远场介质辐射阻尼的人工边界,并对其模拟远场地基辐射阻尼的性能及相应地震波动输入方法进行了研究。结果表明:在结构-地基动力相互作用问题中,得到的黏弹性人工边界模拟计算域外远场黏弹性介质的辐射阻尼具有理想精度;不论是简谐波还是非简谐波,地震波动输入都取得了理想结果;在黏弹性介质条件下自由地表处的总场位移幅值n是输入波幅值的2e-αx倍。

基于粘弹性人工边界的阶梯地形地震波动问题分析

针对阶梯地形地震波动问题,在粘弹性人工边界理论的基础上提出了1种新的"虚拟对称子结构体系"地震动输入技术。该技术不仅有效实现了对阶梯地形的波动输入,也解决了高差引起的输入地震荷载不一致问题。基于商业有限元软件对某典型算例进行动力时程数值分析,结果表明:所述方法具有较高的精确度和实用性;临空面位移幅值表现出显著的放大效应,且斜坡坡度越大,动力放大效应越明显。

等效黏性边界单元及黏性边界波动输入方法

为更好的利用大型通用软件进行结构-地基动力相互作用分析,本文在黏性边界的基础上提出黏性边界单元的概念,通过构造相同阻尼矩阵的方式提出了能够实现黏性边界功效的特殊有限单元-等效黏性边界单元。等效黏性边界单元能够较好的模拟地基的辐射阻尼效应,使黏性边界的实现更加方便。同时,为简化大型通用软件中地震波的输入,提出了适合于黏性边界条件下水平成层地基中垂直入射地震波的输入方法。该方法不需要借助其它辅助计算就可直接在各种大型通用有限元软件中用一个数值模型实现地震波动输入,具有很强的通用性。此输入方法极大的减少了地震波动输入的数据准备工作,降低了操作的复杂程度。数值算例表明,等效黏性边界单元及文中提出的地震波动输入是简单可靠的。

地震波动输入方法对高土石坝地震反应影响研究

将地震波动输入方法引入高土石坝地震反应分析程序,讨论了该方法在坝体与地基之间相互作用及无限地基辐射阻尼的模拟效果.为探讨地震波动输入方法对高土石坝地震反应的影响,从地震波频谱特性、坝体高度和地基模量三个方面开展了研究工作.分析结果表明:与传统的一致输入方法相比,地震波动输入方法可以考虑无限地基辐射阻尼的影响,并合理地反映出坝体与地基之间相互作用的变化规律;当高频含量较多的地震波作用时,传统一致输入模型与所提出地震波动输入模型的数值结果差异相对较大;两类模型数值结果的差异区域会随坝体高度的增加逐渐增大;地震波动输入方法可以较好地反映出地基模量变化对坝体与地基之间相互作用的影响.

SV波超临界角斜入射时层状地基地震动输入在ABAQUS中的实现

有限元数值模拟中,超临界角斜入射SV波作用下层状地基的地震动输入是一个亟待解决的问题。该文采用层状地基频域内精确的动力刚度矩阵(即频域刚度矩阵法)推导了SV波任意角度斜入射下的地震动输入等效节点力计算公式,通过ABAQUS有限元软件模拟SV波斜入射下均匀半空间、层状地基的地震波场,探讨了基于频域刚度矩阵法的层状地基任意角度斜入射地震动输入应用于ABAQUS有限元软件的有效性和准确性。结果表明,采用频域刚度矩阵法可以在ABAQUS中实现层状地基任意角度斜入射SV波地震动输入,且方法具有很高的计算精度,尤其对于SV波超临界角入射情况,有限元数值模拟很好地再现了均匀半空间地表质点的椭圆型运动轨迹和层状地基的行波特点。在此基础上进一步将频域刚度矩阵法与等效线性化方法相结合,解决了考虑土体非线性的层状地基在任意角度平面波入射条件下的地震动输入问题。

地下结构抗震分析中地震动输入方法研究

在考虑不同节点处地震波相位差及自由表面处地震反射波影响的基础上,基于波场分离技术与黏弹性人工边界条件推导了适用于地下结构的节点力地震动输入方法。这种地震动输入方法能够有效保证边界应力及位移与原场一致且能考虑地震波传播的相位差。将这种地震动输入方法在通用有限元计算软件ABAQUS中实现,实例验证结果与解析结果对比表明,这种方法具有良好的精度。最后将这种地震动输入方法运用于某越江盾构隧道进行动力分析,得到了管片与地层之间的摩擦系数对管片节点相对位移及管片内力的影响。

土-结构动力相互作用问题分析中地震动输入的一种新方法

为实现地震作用下土-结构动力相互作用问题的有限元模拟,需要在人工边界上完成地震动的有效输入,目前工程和科研中常用的地震动输入方法有两种:波动输入方法和振动输入方法。波动输入方法的模拟精度高,但实施上相对复杂且耗时,而振动输入方法处理简单,但模拟精度较低。针对应力型人工边界提出一种在人工边界上实现地震动输入的新方法,该方法通过对土-结构有限元模型中由人工边界节点及相邻节点组成的局部子结构施加自由波场位移时程并进行动力分析,从而直接获得可实现地震波动有效输入的等效地震荷载,然后在土-结构有限元模型的人工边界节点上施加等效输入地震荷载并完成动力计算,由此完成土-结构动力相互作用问题的地震动输入和地震反应计算。与原有波动输入方法相比,新方法避免了原方法需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件引起的附加力,以及需要根据不同人工边界面的外法线方向确定荷载作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用均匀弹性半空间和成层弹性半空间一维地震反应算例初步验证新方法的正确性和可靠性。

结构-地基动力相互作用问题分析的一种直接方法

本文给出结构-地基动力相互作用分析的一种直接有限元方法,可以依托大型结构分析软件完成结构-地基动力相互作用研究工作.该方法不但可以较好地模拟半无限地基的辐射阻尼,也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能.文中同时给出了一种结构-地基动力相互作用中地震波动输入方法,可以准确模拟任意角度入射的地震行波的输入.数值算例表明本文给出的方法具有较高的精度.

某核电厂应急通道桥梁地震响应分析

某核电厂为满足建设、运营及特殊情况下的应急需求,拟建应急通道桥,其抗震安全十分重要。本文介绍了考虑桥-桩-地基的三维整体精细化模型的有限元动力时程分析方法,计算桥梁在SL-1(运行安全地震动)和SL-2(极限安全地震动)地震作用下地基典型断面、T梁以及墩柱的动力响应。结果表明该方法能直接处理土的非线性问题以及方便的考虑地基辐射阻尼作用,同时可以精细模拟T梁和盖梁间的支座接触。三维计算采用自主开发的GEODYNA高性能软件平台,计算效率较高。该方法可为核电厂桥梁抗震设计提供参考。

地震动空间差异对沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统响应影响研究

地震动的空间差异性往往对结构-地基系统的响应具有显著影响。从地震动差异形成的物理机制出发,基于二维设计地震动确定入射P波、SV波时程,在波动输入模型基础上引入地震动组合效应构建了空间非一致地震动场,建立了空间差异地震动的波动输入模型。进一步研究了地震动场空间一致输入和非一致输入下沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统的地震响应。结果表明,非一致地震动场输入模型获得的地表自由场控制点位移水平和竖直分量均与设计地震动吻合良好,能够在考虑地震动空间相关性基础上模拟地震波传播的时间滞后、幅值变化和时程形状差异等空间差异特征。与一致输入相比,非一致输入下覆盖层建基面水平向和竖直向加速度分布方差最大增大341%和50%。地震动的空间差异引起心墙竖向应力和剪应力峰值最多增加198%和51.9%。坝顶加速度和永久变形平均值均有所增加,最大结果分别增加25.53%和13.06%。传统的一致波动输入方法可能会低估结构地震动响应,分析沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统的地震响应有必要考虑地震动的空间差异性。

基于持时的地震能量研究状况与进展

基于地震持时的重要性,本文阐述了当前各种持时的定义及其应用。此外,列举了地震输入能量的简化计算方法,并从地震能量的计算、地震波输入选择、地震损伤评价三个方面,探讨了地震持时与能量的关系。最后,从利于结构抗震的角度出发,对结构构件的滞回耗能计算方法的研究提出了建议。

Efficient Procedure for Seismic Analysis of Soil-Structure Interaction System

A simplified and efficient procedure, based on the viscous-spring artificial boundary and the modal superposition method, is developed to analyze the dynamic soil-structure interaction system in the time domain. The viscous-spring artificial boundary introduced in this procedure transforms the infinite soil-structure interaction system to an approximately finite system. A seismic wave input method is used to transform the wave scattering problem into the wave source problem. The modal superposition method is then applied to this approximate finite system. The results show that this method with only a few modes can significantly reduce the computational time with almost the same precision as the traditional direct integration method. Comparison of results from different loading times demonstrates that the advantages of this method are evident in computing with long loading time.

考虑SSI的输电塔在地震摇摆分量下的响应研究

为研究土-结构相互作用下地震动摇摆分量对结构的影响,对土体-输电塔结构体系进行了理论分析和有限元计算。首先推导了摇摆分量和附加P-Δ效应影响下,考虑土体影响的输电塔结构的动力方程。其次,建立了基于子结构人工边界的地下摇摆地震动输入方法,完成了考虑土体影响的水平-摇摆耦合作用下地震动的输入,并以此以一实际的输电塔结构为基础,进行了考虑土体影响和摇摆地震动作用下的有限元计算。结合理论分析和有限元计算,得出以下结论:提出的摇摆地震动的输入方法能够准确地解决在考虑土-结构相互作用时的摇摆地震动的输入问题;动力方程体现出考虑摇摆效应和SSI效应后,输电塔结构的动力响应与未考虑时有较大差别;在利用改进的人工边界子结构法输入摇摆分量后,得出考虑摇摆地震动影响后,塔顶节点位移和加速度响应相较于单独地震水平分量作用时均会大幅增大;与刚性地基假定相比,考虑了土-结构相互作用之后,输电塔顶点位移响应将进一步增大。