高面板坝地震动非一致输入响应规律

在多点输入方法和等价黏弹性模型的基础上,采用半解析的波函数组合法实现了面板堆石坝在非一致输入下的动力计算。从频域散射角度对计算方法的合理性进行了验证。对比了非一致输入与一致输入下高面板堆石坝的动力响应,发现在采用基岩自由表面点的振动过程相同的对比标准下,非一致输入的整体动力响应较小;在面板坝防渗系统相对薄弱的止水结构附近,非一致输入的动拉应力最大值比一致输入的结果更大;非一致输入下大坝动力响应值的分布相比一致性输入呈现出中间小、周边大的特性。并基于波动理论进一步分析了不同种类地震波入射角度对高面板堆石坝动力响应的影响,揭示了P波、SV波和SH波入射下高面板堆石坝动力响应规律:随着入射角的增大,SH波入射时,高面板坝动力响应强度基本不变;SV波入射时,存在一个临界角,当入射角在临界角左右时高面板坝动力响应强度急剧增大和减小,之前基本不变,之后一直减小;P波入射时,存在一个特征角度,在入射角小于特征角度时高面板坝动力响应强度基本不变,大于特征角度时高面板坝动力响应强度减小。

一致输入作用下土层的地震反应分析

假定土层为线性粘弹性介质,在频域内采用有限元法分析了均匀土层中有限土域的取值范围对计算精度的影响。在一致输入作用下,主要探讨了土层地震反应随不同侧向人工边界、迫振频率、阻尼和土层长深比的变化规律。在此基础上,得到直接有限元法进行土层地震反应分析的经验计算范围。最后对一河谷地形的土层进行地震反应分析,计算表明在进行土层地震反应分析时,采用本文土层范围取值来确定土域的计算范围可以得到满意的结果。为在应用直接有限元法进行土层地震反应计算时,确定有限土域范围提供依据。

非一致地震波动输入下大型钢筋混凝土框架结构-地基体系地震响应规律

为探索非一致地震波动输入对大型钢筋混凝土框架结构地震响应的影响,基于OpenSees软件平台建立二维钢筋混凝土框架结构-地基动力相互作用有限元模型。将El-Centro地震波按P波波形分别以0°、15°、30°和35°角入射该有限元模型进行计算,对比分析框架柱内力和楼层层间位移的地震响应。研究发现非一致地震波输入方法对于大型钢筋混凝土框架结构建筑动力响应影响明显,随着地震波入射角的增大,钢筋混凝土框架结构底层柱的轴力幅值减小,剪力幅值增大,而弯矩幅值变化较小,楼层层间位移幅值也随之增大。研究结果对于大型钢筋混凝土框架结构抗震设计具有参考意义。

非一致地震动输入下高面板坝地震反应特性

为研究地震波非一致输入对三维高面板坝动力反应的影响,采用波场分离的思路将人工动力边界处的总波场分解为无局部场地效应影响的自由场和局部场地效应引起的散射场,借助黏弹性边界建立地震波在自由场作用下地震动非一致输入,实现考虑地基辐射阻尼和地震波行波效应的地震动输入。对我国西南地区某高面板坝进行非一致地震动反应分析,研究P波和SV波作用下坝体结构的动力反应规律。结果表明:当P波非一致输入时,随着入射角度的增加,竖向加速度和动位移极值逐渐减小,水平向加速度和动位移极值逐渐增大;SV波非一致输入时,地震动反应规律与P波入射时相反。入射角度对地震波的行波效应以及坝顶加速度反应谱幅值等都有较显著的影响。

考虑非一致地震输入的地铁车站动力时程分析

为了研究非一致地震输入以及考虑土体介质阻尼的自由波场对大型地铁车站动力响应的影响,发展了一种可考虑土体介质阻尼影响的自由波场一维化时域有限元算法,并编制了相应的非一致地震波动等效荷载的Matlab计算程序;以一典型两层双柱岛式地铁车站为工程背景,建立三维地铁车站结构-土相互作用系统的整体有限元数值模型,开展动力时程实例分析。计算结果表明:与地震波一致输入情形相比,地震波非一致输入将引起地铁车站结构的控制内力和层间位移分布及其幅值发生明显变化;与不考虑土体介质阻尼的地震波动输入相比,在考虑土体介质阻尼的地震波动输入下,地铁车站结构的控制内力和最大层间位移均有一定幅度的减小,且减小幅度随波动入射角的增大而增大。本文分析表明,非一致地震波动输入及土体介质阻尼对大型地铁车站结构的动力时程响应均有一定影响。

输入转速不一致对机电短程截割传动耦合轮系动态特性的影响

为解决采煤机截割部摇臂箱体变形导致传动系统失效的问题,提出了由多台电动机、耦合轮系和行星轮系构成的机电短程截割传动系统。耦合轮系汇集多台电机的动力,其动态性能影响系统的承载能力和使用寿命。分析了引起耦合轮系输入转速波动且不一致的原因,在输入转速波动且相位差恒定的情况下,通过仿真研究了输入转速不一致对耦合轮系动态特性的影响规律。机电短程传动系统中的制造装配误差、多台电机转速响应的差异等因素可使耦合轮系输入转速波动且不一致。输入转速波动且不一致使耦合轮系的动态啮合力出现低频波动,且各个传动路线中的动态啮合力的相位不同;随输入转速不一致程度的增加,动态啮合力波动幅度增加。动态啮合力的低频波动使得作用在主动齿轮上的载荷出现低频波动,影响主动齿轮的切向和径向振动加速度;输入转速不一致程度由0增加至0. 005时,切向振动加速度增大11. 89 m/s^2,径向振动加速度增大7. 07 m/s^2,输入转速不一致对切向振动加速度的影响更大。进行了机电短程传动系统的动态特性实验,耦合轮系存在输入转速波动且不一致的现象,测得的耦合轮系输入轴振动加速度的时域特征与仿真结果的相近,振动加速度幅值谱的主要频率成分与仿真结果的相似,验证了仿真结果的合理性。

非一致地震输入阻尼对车桥系统地震响应的影响

为简化列车-轨道-桥梁耦合系统的地震力输入,基于多点多维地震响应分析理论,分别采用直接求解法、相对运动法、大质量法和大刚度法处理耦合系统地震力边界,推导地震力表达式,并将其地震速度项定义为阻尼项。在已有程序TTBSAS的基础上编制考虑阻尼项与不考虑阻尼项2种分析模块,以跨度(48+5×80+48)m的刚构-连续梁桥、板式无砟轨道和ICE3高速列车为例,输入San Fernando地震波,探讨不同非一致地震输入方法阻尼项对耦合系统地震响应的影响。研究结果表明:输入地震加速度的相对运动法和大质量法阻尼项的影响远大于输入地震位移的直接求解法和大刚度法,且随质量阻尼系数α的增大而增大;忽略相对运动法和大质量法的阻尼项会低估列车的脱轨系数和轮重减载率,可能造成对桥上列车行车安全的误判;直接求解法和大刚度法可仅输入地震位移,相对运动法和大质量法需同时输入地震加速度和速度。

多点输入下大跨空间索结构的虚拟激励法

采用虚拟激励法分析大跨空间索结构的随机地震响应,从结构节点位移响应方差和加速度功率谱两个方面考查了一致输入与非一致输入下结构响应的差异,得出了一些重要结论。同时,计算还表明虚拟激励法是一种高效且精确的方法,对于分析振型密集的大跨空间索结构在多点输入下的地震响应是很适合的。

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.

地震多点输入下K8单层球面网壳结构响应研究

地震动经过长距离传播到达结构场地时会存在空间变化,考虑地震动空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。采用时程分析法,计算不同屋面质量、不同矢跨比和不同杆件截面尺寸的90m K8单层球面网壳结构在多点输入下和一致输入下的地震响应,研究网壳结构地震空间相关性效应与结构参数的关系。分析结果表明:结构参数变化对多点输入下结构的拟静力响应和动力响应影响不同,致使地震动空间变化性对不同参数结构的影响有较大差异。通过系统的参数分析表明:轻质屋面、小矢跨比、大杆件截面尺寸网壳结构受地震空间变化影响较大。

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。

拱桥在竖向地震波输入下的行波共振现象

以某大跨公路拱桥为例讨论了行波作用对拱桥地震反应的影响机理。采用有限元程序计算分析了该拱桥在竖向地震动行波输入和一致输入下的动力反应,通过结果对比反映出行波地震反应并不简单随波速单调变化的现象。经过分析进一步提出了行波共振的概念,阐述了行波共振效应的产生机理。数值分析结果表明了考虑行波效应对大跨拱桥地震反应分析的重要性。

隧道纵向非一致地震反应的三维数值分析

本文梳理了成层地基非一致地震反应的一维化时域算法和波动输入理论,完善非一致地震反应场地的三维数值模拟技术,据此建立地基-地下隧道系统纵向动力反应数值模型。通过编制FORTRAN辅助程序并借助有限元软件ANSYS,实现上述动力模型的数值计算技术,数值算例验证了其精度和有效性。该套方法为开展非一致地震作用下隧道的纵向行波效应分析,隧道结构精细化数值模拟以及隧道纵向抗震机理等研究课题奠定了基础。

纵向非一致地震激励下管-土结构响应的简化分析模型

将长输埋地管道化为多自由度体系的等效离散集中质量模型,建立了集中质量模型在管道纵向荷载作用下的结构响应计算模型。模型考虑了沿管道长度方向的行波效应,实现了不同质量点处地震动的非一致输入,为考虑管-土相互滑移的影响,模型中考虑了土体的弹塑性本构关系。模型以纵向地震动位移输入,求解得到管道各集中质量点的位移和管-土间的相对位移,在此基础上运用结构力学方法对每两个集中质量点间管道进行精细分析,进而求得管道的内力和变形。通过算例分析,集中质量模型程序计算结果与连续型管道的有限元分析结果进行比较,验证了集中质量模型方法的有效性和合理性。

多点输入下大跨空间网格结构的可靠度分析

在虚拟激励反应谱法的基础上进行了多点输入下大跨空间网格结构的可靠度分析,并且将之与一致输入下结构抗震可靠度的分析结果进行了对比,考查了两种输入方法下杆件内力可靠指标之间的变化,进而分析了危险杆件在结构分布、数量等方面的差异以及危险杆件随结构跨度、视波速的变化关系。通过工程实例可以看出本文的分析方法对于分析大跨度网架、网壳这样复杂结构在多点输入下的抗震性能非常合适,为理论研究向实际应用搭建了桥梁。

老山奥运会自行车馆在多维多点输入下的响应分析和可靠度分析

考虑地震动两个水平分量和一个竖向分量,同时考虑了地震动场的空间相关性,用时程分析法对老山奥运会自行车场馆进行了多维多点输入和多维一致输入下的动力响应分析,考查了两种输入方法下结构响应的差异以及视波速对这种差异的影响。另一方面,本文在快速多点输入反应谱法的基础上,对老山奥运会自行车场馆进行了多维多点输入和多维一致输入下的构件层面上的抗震可靠度分析,考查了两种输入方法下危险杆件在结构分布、数量等方面的差异以及危险杆件随视波速的变化关系。得出以下结论:采用地震动的多点输入法,导致整个结构的内力分布更加均匀;两种输入方法下,杆件内力可靠指标明显降低的杆件有相当一部分位于支承附近区域;会产生一定数量的"一致输入下安全而多点输入下危险"的杆件,且它们大多分布于支承区域附近。

单层柱面网壳在多点输入下的地震反应

采用可考虑行波效应和部分相干效应的人工合成多点地震动,同时考虑网壳结构的材料非线性和几何非线性,对柱壳在多点输入下的地震反应进行计算,并与一致输入下的地震反应进行对比,考察二者之间的差异;深入分析了大跨度单层柱面网壳结构在多点输入下的地震反应规律,得出一些有益于工程实际的重要结论.

大跨斜拉桥非一致激励地震响应研究

以海南某拟建斜拉桥为例,计算了该桥的动力特性,分析了该结构在一致输入地震激励和非一致输入地震激励下的非线性地震响应。计算结果表明:与一致输入地震激励下的结构响应相比,在非一致输入地震激励下桥梁结构最大响应值均有不同程度的增大。考虑纵向行波效应时,结构的纵向位移以及关键部位的内力响应值增大,这些响应值将随着地震波波速的提高而减小,并逐步接近一致输入地震激励下的响应值。

大跨空间网格结构在多点输入下的弹塑性地震响应分析

采用时程分析法对大跨空间网格结构分别进行了多点和一致输入下的弹塑性地震响应分析,多点输入下的相干函数模型采用著名的R.S.H arichandran模型.对两种输入方式下的结构响应进行了对比,发现两者的塑性开展规律大体一致,但多点输入下进入塑性杆件的数量明显多于一致输入,同时塑性杆件分布更加均匀.

多点输入下大跨空间网格结构的可靠度分析

根据对不同跨度和结构形式的大跨空间网格结构所进行的多点输入和一致输入地震作用下结构杆件可靠度指标的计算,分析这类结构在两种输入方法下危险杆件的差异,包括差异的分布规律、随视波速和结构跨度的变化情况,进而对不同形式的大跨空间网格结构采用何种地震动输入方式提出建议。