基于分块法改进的等效一致粘弹性边界在抗震动力分析中的应用

在结构抗震动力分析中,通常利用等效一致粘弹性边界代替粘弹性边界来模拟无限地基的辐射阻尼效应,但一般将散射波源至整层人工边界中心的距离作为一个常数代入对应参数的理论公式中,导致计算的动力响应会有一定的偏差。为此,提出利用分块法对等效一致粘弹性边界进行修正,即将边界分成一定的块数分别计算散射波源至每一块人工边界中心的距离,以减弱偏差的影响。以某重力坝为例,利用此方法分别计算了分块数取1、5、10、15时对应的关键点位移应变及加速度时程变化,验证了分块法对等效一致粘弹性边界修正的有效性和可行性。

基于等效一致黏弹性边界的重力坝抗震分析

在结构-地基的抗震动力分析中,有限元法通常是通过对模型施加弹簧-阻尼器或者无质量地基的方法来模拟地震的辐射阻尼效应,其工作量较大。在ADINA程序中采用等效三维一致黏弹性边界单元对三维黏弹性人工边界进行模拟,建立三维有限元模型,在模型的边界上延伸一层实体单元,利用黏弹性边界的弹簧-阻尼器的系数公式推导出边界单元的弹性模量和阻尼系数,并赋值给边界材料参数。利用地震响应时程分析法,对带有等效一致黏弹性边界的重力坝模型计算得出的结果与以无质量地基的方法来阻止地震波在边界反射的计算结果相比较,得出使用等效三维一致黏弹性边界来模拟地震辐射阻尼的抗震性能更好,可大大减少建模工作量,为复杂结构进行抗震分析提供了新的方法。

岩石爆破开挖诱发振动的等效模拟方法

岩石爆破开挖过程中爆炸荷载的复杂性、岩石介质模型的多变性、本构方程的多样性、以及群孔爆破模拟计算工作量巨大等诸多因素使得准确模拟爆破诱发的围岩振动存在较大的困难,鉴于此提出一种等效数值模拟方法。根据爆破过程炮孔周围岩石破坏范围的空间分布特征,确定群孔起爆条件下爆炸荷载作用的等效弹性边界;通过分析炸药起爆后炮孔空腔动力膨胀、岩体裂纹扩展、炮孔堵塞物运动以及爆生气体的逸出,计算了等效边界上沿炮孔轴向变化的爆炸荷载。结合瀑布沟水电站1#尾水隧洞爆破开挖监测,基于动力有限元法运用该等效技术模拟了围岩的质点振动速度。数值模拟与现场实测数据的对比表明该等效模拟技术用于岩石爆破开挖围岩响应的计算是合适的。计算结果同时还显示,等效边界邻近岩体力学参数的选取对计算结果有重要影响。

动力分析中人工地基边界处理方法对比研究

针对地基模型边界的近似处理问题,运用有限元方法分析了固定边界、等效粘弹性边界和无限元边界近似处理后的地基动力响应规律,借助已有的现场实测数据分析了各种边界处理方法的可操作性和精确性。结果表明:等效粘弹性边界和无限元边界均能反映边界辐射振动特性,从准确性角度来看,无限元方法具有更多优势。

深埋爆炸波传播规律及边界条件转换分析

以弹性空腔膨胀为研究对象,在爆炸等效荷载理论以及弹性波理论的基础上,建立了深埋地下爆炸波传播模型,并利用速度和应力两种边界条件下运动场势函数相等的原理,建立了球面波运动场中速度场与应力场的转换关系。结果表明:不同于平面波中应力和速度的线性关系,球面波中应力与速度转换关系要复杂的多,相同应力条件下,球面波上的质点的速度要小,影响这种差异大小的主要因素是波的传播距离和介质中波的传播速度。

考虑SSI效应的带地下室RC框架结构抗震性能研究

土-结构相互作用效应(Soil-Structure Interaction,SSI)是带地下室钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)框架结构抗震性能分析的重要因素。基于模态和动力时程分析,通过有限元分析软件系统探究了地下室顶板嵌固、基础顶面嵌固和考虑SSI效应地下室周围土体嵌固等3种不同嵌固方式的RC框架结构抗震性能。结果表明:考虑SSI效应带地下室RC框架结构的自振周期明显延长,其中心柱剪力、各层加速度和层间位移角均有所减小;基础顶面嵌固模型未考虑SSI效应,其计算结果较为保守;SSI效应对带地下室RC框架结构会产生较大的减震影响。

考虑饱和土的地铁车站结构非线性地震反应研究

饱和土广泛存在于自然界之中,将土体视为固-液二相介质,基于biot饱和土介质动力方程的u-p形式研究了反映饱和土无约束域能量辐射效应影响的等效黏弹性人工边界单元,基于地震波转化为作用于人工边界节点上等效荷载的方法实现了波动输入。采用算例验证了等效人工单元的精度。建立饱和土-地铁车站非线性有限元整体模型,分析了考虑双相介质饱和土的波动传播,对比了饱和土及单相土在地震作用下地铁车站的地震反应,并与振动台试验结果进行了比较,研究表明:地震作用下采用考虑多孔介质的特性分析地基土与单相固体介质相比更加合理。通过对车站结构关键构件的加速度、位移和内力等进行分析,研究了饱和土-地下结构相互作用体系的地震反应。

基于ADINA软基上地震动输入方法研究及其应用

针对传统的刚性边界模型不能真实反映结构与地基的相互作用且对结构的动力响应影响较大的问题,研究了ADINA中实现软基上等效一致黏弹性人工边界及在该边界上波动输入的方法和技术,将其应用于某软基上泵站的三维结构—地基—水体有限元模型,在地震荷载下对结构进行动力分析,并与传统无质量地基模型结果进行对比,发现考虑地基辐射阻尼能有效降低泵站的动力响应,表明本文方法可行、有效。

土-结构相互作用对地震动记录的影响——以通信塔为例

为提高地震监测密度,近年来我国在非自由场布设了较多的地震烈度仪用于烈度速报,部分布设在通信公司的通信塔附近,站址附近结构物对地震动记录有一定影响。本文以通信塔为例,研究了土-结构相互作用对地震动记录的影响。在建立土-通信塔耦合单自由度体系,分析土层和结构动力参数对地震动记录的影响规律的基础上,利用ABAQUS有限元软件建立自由场和土-通信塔的三维有限元模型,计算分析了不同工况下土-通信塔相互作用对基础地震动加速度峰值和频谱的影响。结果表明:(1)土-通信塔相互作用对基础处地震动加速度峰值影响较小,但对某些频段的频谱影响较大;(2)土-通信塔相互作用对地震动加速度峰值和频谱的影响随着到基础中心距离的增加减小显著;(3)在通信塔附近布设台站时,本文建议布设在距离通信塔0.2H以外,以减小土-通信塔相互作用对台站地震动记录的影响。