土工建筑物动力真非线性分析的量化记忆模型

运用量化记忆模型,将土工建筑物的动力真非线性分析中滞回圈上任意点的塑性模量映射为简单的分段线性关系,通过量化记忆和插值计算无量纲距离δ,进而确定塑性模量,从而使土工建筑物的动力真非线性分析简单易行。量化记忆(以下简称SM)模型先以弹塑性理论为基础,将单调加载情况下的应力-应变曲线的非线性剪切模量映射为量化模量在几何空间上的分段线性分布,再以Masing准则为基础,在循环加载情况下,对这种简化的几何分布进行变化调整,使其生成非线性变化的剪切模量。将非线性问题转化为线性问题进行处理,大大简化了非线性计算的复杂性。通过对某筑坝爆破料动力三轴试验曲线的拟合,可以看出量化记忆模型能很好地模拟土的滞回特性。

考虑土体非线性特性的直埋管道-土体系统的动力反应分析

本文采用二维有限元方法对连续直埋管道在动力荷载作用下的反应进行分析。管道周围土体采用等效线性粘弹性模型 ;为反映管 -土间的相对滑移 ,在管单元与土单元间加入无厚度Goodman接触单元 ;并利用 Wilson- θ法对管 -土系统进行动力时程反应分析。本文研究了输入波频率 ,输入波幅值 ,管道埋深 ,土体类别和管 -土间摩擦系数等因素对埋管动力反应的影响。

基于弹塑性模型的群桩-土-结构动力非线性数值分析

提出一种群桩-土弹塑性模型,结合动力文克尔理论,推导出了与桩(筏)-土属性及SSI体系频率相关的各项弹簧-阻尼单元动力阻抗,建立了三维框架土-结构相互作用有限元简化分析模型。针对不同地震激励,在不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析,结果表明,在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用效应结果可能大于固基假定情形,且桩-土弹塑性模型对上部结构柔弱层位置产生影响。应用本文简化方法可以快速、较准确有效地进行复杂的上下部结构动力时程分析及抗震评估。

非线性管土作用下钢悬链式立管动力响应分析

钢悬链线立管(SCR)在上部浮体运动和波流荷载激励下会与海床土相互作用,传统的线性海床模型假定荷载位移关系是线性的,没有考虑管土相互作用的非线性过程和海床土吸力的影响,本文基于大挠度柔性索理论的钢悬链式立管动力分析程序CABLE3D,将立管受到线性海床的弹性支撑力扩充为立管受到的海床垂向力,充分考虑管土非线性相互作用,并考虑海床土吸力对钢悬链式立管触地点区域的影响,开发出新的动力分析程序。程序采用非线性有限元方法对控制方程进行离散,时域内采用Newmark-β法,求解给定上部浮体运动条件下,SCR的动力响应,通过算例对线性刚度海床和非线性刚度海床进行对比,并分析了不同海床刚度对SCR触地点动力响应和疲劳损伤的影响。结果表明:非线性海床刚度模型比线性海床刚度模型更接近真实的管土作用过程;在非线性海床刚度模型下,海床土刚度越大,SCR触地点区域垂向位移响应越小,应力幅值越大,疲劳损伤越严重。

高寒区深覆盖层土石坝非线性动力分析

西藏高原地区存在大范围的冻土区域,因而研究该区域冻土对土石坝结构抗震安全性能的影响尤为必要。根据高寒区深覆盖层西藏旁多土石坝工程结构参数建立三维仿真分析模型,采用无限元法模拟无限地基辐射阻尼效应,通过渗流场和温度场分析确定出坝体-坝基冻土所在区域。采用等效线性方法计算分析不同工况下考虑冻土、不考虑冻土的结构动力特性和抗震性能,结果表明冻土的存在对土石坝结构动力特性和抗震性能均产生了一定的影响。

龙首二级面板堆石坝三维真非线性地震反应分析和评价

基于土石料三维粘弹塑性动力本构模型,并采用新型三维各向异性有厚度薄单元来模拟面板和堆石的接触面特性,建立了高面板堆石坝地震反应分析的三维真非线性动力分析方法。利用坝料动力特性的大型三轴试验成果,分析计算了龙首二级(西流水)面板堆石坝的地震反应,主要包括加速度反应、堆石体应力反应及坝体单元抗震安全系数、面板应力反应和变形及接缝位移、高趾墙动力反应等。为大坝的抗震设计提供了有力的技术依据。

西藏深覆盖层土石坝动力非线性分析

西藏地处高海拔高地震烈度高寒区,河谷覆盖层较深,修建大坝与低海拔地区相比存在诸多特殊问题。本文以已建的西藏旁多土石坝结构为研究对象,考虑其深覆盖层悬挂式防渗墙结构特点,采用沈珠江等效粘弹性模型、利用非线性有限元仿真分析方法对其建立三维模型进行结构抗震响应数值分析。对坝体结构典型截面、典型部位的计算结果进行了分析、比较,研究了西藏旁多大坝结构在地震荷载作用下的抗震性能。分析结果为西藏旁多土石坝结构的安全运行与管理提供了参考。

泰州大桥北塔群桩基础三维动力非线性抗震计算研究

采用三维八节点等参单元与无限元相组合的数值方法进行土和大桥桩基的地震反应分析。基于ABAQUS软件,建立"承台-群桩-土体系统"的大型三维非线性时域地震动力反应分析的弹塑性模型与相应的计算方法。承台和桩采用混凝土损伤塑性模型,土体采用传统莫尔-库仑屈服准则的弹塑性模型。考虑承台和大直径超长钻孔灌注桩的天然自重、江床浅部松散砂性土层部分振动液化等不利因素对桩基础承载能力的影响。提出静、动力统一的黏弹性无限元边界概念,采用四CPU并行计算得到"承台-群桩-土体系统"同时承受竖向静载荷和水平动载联合作用时,群桩的动轴力、动剪力和动弯矩,桩周摩阻力和桩侧与桩周土体的接触压强等对设计和施工具有参考价值的成果,进而对大桥桩基的抗震性能有比较全面和深入的认识。

强夯的非线性有限元分析和施工参数优化

基于大变形理论,针对已有强夯数值分析处理边界条件的不足,通过补列夯锤的刚体运动方程,较好地处理了锤土动力藕合相互作用的边界条件。建立了能调整施工参数的强夯法非线性有限元分析模型,同时,为了保证显示算法的网格稳定性,引入"生死单元法"。在同能级条件下,探讨了夯锤底面积和夯锤动量变化对加固效果的影响,分析表明,通过调整夯锤底面积的大小,可以方便地控制夯坑深度,夯锤底面积存在一个优化值,它对应的加固效果最佳;在同能级强夯下,重锤低落距是一种优化设计方案。最后通过工程试验结果,验证了本文计算模型的合理性。

地基波动影响下非线性粘弹性桩的混沌运动分析

研究了在地基波动影响下非线性粘弹性桩中的混沌运动.假定桩体材料满足Leaderman非线性粘弹性本构关系,得到在轴向载荷作用下满足Winkler条件的地基土波动方程、桩与地基土耦合振动方程;利用Galerkin方法将非线性积分微分方程简化,并进行了数值计算,揭示了非线性粘弹性桩包括混沌运动在内的动力学行为.

无限元法在深覆盖层土石坝动力分析中的应用

以复杂地质条件的西藏高原地区旁多水电站实际工程为背景,探讨了有限元法与无限元法在深覆盖层悬挂式防渗墙土石坝结构非线性动力分析中的差异,分析和比较了无限元法和有限元法在西藏高原旁多水电站土石坝结构三维模型地震动响应的计算结果,验证了引入无限元法模拟西藏高原地区地基中复杂地质条件下的无限域或半无限域问题的可靠性和精确性。结果表明:在西藏高原地区复杂地质条件下,无限元法相比有限元法能量弥散现象较为明显。通过分析得到了西藏高原具有深覆盖层坝体结构地震动响应的规律性分析结果,为无限元法在西藏高原地区此类工程中的应用提供参考。

考虑土-结构相互作用的某高层结构地震动力分析

土-结构体系有限元模拟计算分析的复杂性与计算成本,在一定程度上限制了土与结构相互作用分析在高层建筑结构设计中的应用。上部结构数值解与土解析解耦合的土-结构相互作用计算方法,为高层建筑结构提供了有效途径。利用作者提出的耦合算法,对一个钢框架-混凝土核心筒高层结构进行地震作用下的非线性动力分析,讨论了不同强度地震和不同种类地基土对结构地震反应的影响,得出了对实际工程具有指导性意义的结论。

近、远场强震下深水桥梁群桩基础的非线性响应及损伤特性

以某大型深水桥梁的群桩基础为对象,建立考虑动水效应和桩-土相互作用的非线性计算模型,以近、远场强震记录为输入,分析了不同水深下群桩基础的动力响应及损伤特性。可发现,近场地震下群桩基础的动力响应均大于远场,弯矩、剪力、位移的最大增幅分别出现在冲刷线以下不同深度处,轴力的最大增幅则出现在桩顶处,弯矩、剪力、位移和轴力的最大增幅分别为150.6%、227.2%、333.4%和64.2%。近场地震下,墩底、桩顶是主要易损部位,当PGA=0.38g和0.6g时,桩顶损伤指数分别为0.19和0.40,损伤水平及范围随地震动强度增加而增大,随水深增加而略有增大;远场地震下,群桩基础主要处于弹性状态。由于桩周土的约束作用,一定深度的土层交界处也可能出现桩基损伤,且损伤程度会随地震动强度的增加而增大,并向两端扩散。对比表明,近场地震下深水群桩基础的动力响应及损伤均明显大于远场,表明脉冲型近断层地震动具有更高的变形和耗能需求,应在深水桥梁的抗震设计尤其是基础延性设计中予以重视。

分析土和结构相互作用的一种实用耦合方法

提出一种新的数值解与解析解耦合的理论和计算方法,研究土-结构相互作用(SSI)体系的地震动力响应。采用大型有限元软件OpenSees模拟复杂结构的非线性行为,用等效线弹性频域内解析解模拟地基土的行为,使用时域离散递归方法将频域内的解析解转化到时域内,再通过子结构边界上力和位移的协调条件来求解。二者之间的耦合和实时数据交流通过CS集成方法来实现。以一个单自由度算例和一个实际工程为例,验证此方法的精度、稳定性和工程实用性,对比在考虑和不考虑SSI体系情况下结构动力响应的区别。本文所提的耦合SSI计算方法和部分研究成果可为工程设计人员提供参考。

土石坝和尾矿坝抗震分析的新进展

本文较详细地评述了近年来土石坝(包括尾矿坝)动力分析的进展情况。首先回顾了土石坝动力分析的历史,指出土石坝动力分析经历了一个由一维剪切梁分析到三维有限元分析、由线弹性到非线性弹塑性、由总应力法到有效应力法的发展阶段。然后分下列4个代表性方面较详细地阐述其新进展、(1)土石坝剪切楔理论动力分析的新进展;(2)拟静力法抗震分析的新进展;(3)非线性有效应力动力分析的进展;(4)土石坝三维有效应力动力分析的进展。最后对土石坝动力分析的现状和展望发表了作者自己的看法。

基于GeoStudio的土石坝动力安全复核

针对国内水库大坝地震监测系统不完善、不利于现阶段土石坝动力分析理论安全复核,采用GeoStudio软件,结合邓肯E-B模型分析了英菲尔尼罗黏土心墙堆石坝静动力非线性、边坡稳定性及沉降量分布规律,并进行了震害对比验证。结果表明,该方法与实测值吻合,可验证动力分析理论与方法的合理性。

不同类型地震波作用下土―结构相互作用体系地震反应分析

目前有关长周期地震波作用下结构的动力响应研究大多限于线弹性问题.本文采用次弹性(Hypoelastic)模型模拟土体的非线性,利用有限元法建立土-结构相互作用体系分析模型.分别从1985年墨西哥地震记录库、2003年日本十胜冲地震记录库中选取具有较可靠长周期信息的基岩地震波作为输入,对土-结构相互作用体系进行非线性地震响应分析,并与普通地震波作用下的动力响应结果进行了比较,结果表明,随基岩输入峰值的增加,地表加速度放大系数呈减小趋势,长周期地震波的场地地表反应波的反应谱值在长周期段有增大趋势,普通地震波不明显.考虑土―结构相互作用影响后,桩基承台的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数总体上要小于自由场.

地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析

基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明:桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。

土-结构三维动力分析的线性-非线性混合子结构法

为提高土-结构三维非线性动力分析问题的计算效率,根据结构存在局部塑性区域的特点,提出了适合于非线性子结构与多个线性子结构存在边界耦合情况的线性-非线性混合约束模态综合法。该方法将整体体系划分为线性和非线性两类子结构,对线性子结构依照势能判据截断准则进行自由度的缩减,并最终与非线性子结构进行综合,进而获得非线性体系的动态响应。进一步将该方法应用到土-高层建筑相互作用体系的三维动力分析算例中,针对两种不同的土体边界条件分别进行了多组地震动激励作用下的动力时程分析,验证了该方法的精确性与有效性。最后,针对非线性土体区域范围的多种不同取值进行了多组数值试验,结果表明:对于该文算例,当非线性土体区域的范围取为上部结构水平尺寸的3倍时即可获得满意的计算结果,进一步说明了该方法的有效性。

考虑渗流的土石坝抗震稳定分析

针对抗震稳定分析一般不考虑渗流作用这一问题,本文基于渗流有限元计算理论结合土石坝模型做渗流计算。将渗流计算所得边界条件进一步耦合,对土石坝进行静力分析、动力非线性分析及边坡稳定分析。重点研究蓄水位情况下,考虑渗流作用的土石坝抗震稳定情况。计算结果表明:考虑渗流作用时,坝体有向下游移动的趋势;在浸润线附近主应力变化较大,水平加速度和最大剪应力变化较为集中;考虑渗流作用迎水面安全系数升高,背水面安全系数下降。