盾构法隧道纵向非线性地震响应特性研究

以考虑轴向力与弯矩共同作用的等价刚度非线性动力有限元法 ,分析了地震动作用下盾构法隧道纵向的非线性响应特性。通过与不考虑轴向力与弯矩共同作用的等价刚度法及管片与纵向螺栓单独建模分析等不同方法计算结果的对比 ,验证了等价刚度计算中考虑轴向力与弯矩共同作用的必要性和不考虑轴向力与弯矩共同作用等价刚度法的适用性 ,并就隧道等价刚度、螺栓非线性及地基参数非线性等要素对隧道纵向地震响应的影响情况进行分析。

混凝土的动力特性与拱坝的非线性地震响应

总结分析了混凝土材料的动力特性及其在大坝抗震设计中应用的发展现状及其存在的问题。应用一致黏塑性模型研究了混凝土的应变速率相关特性对结构动力响应的影响。发现动荷载作用过程应变速率变化对结构的变形、应力大小与应力分布均发生影响。最后 ,研究了地震作用下高拱坝应变率沿坝体的分布 。

大型渡槽结构非线性地震响应分析

运用渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型,开展了渡槽非线性地震响应分析计算。该渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型集渡槽薄壁结构线弹性模型和非线性多弹簧模型为一体,应用多弹簧等效关系模拟结构塑性铰区的非线性滞回特性。经结构线弹性和非线性地震响应比较,结果表明两者存在差异,开展大型渡槽结构非线性地震响应分析是很有必要的。

大型渡槽结构非线性地震响应可靠性分析

运用渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型,开展了渡槽非线性地震响应可靠性分析计算。渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型是集渡槽薄壁结构线弹性模型和非线性多弹簧模型为一体,可用其进行结构弹塑性地震响应分析。采用人工地震波生成方法并将地震波作用于实际渡槽结构进行时程分析,将得到的地震内力响应样本值建立可靠度功能函数并进行统计分析,运用矩法分析计算结构失效概率密度函数和对应的结构失效概率值。

LRB隔震连续梁桥非线性地震响应研究

以铅芯橡胶支座(LRB)为隔震设备,分析了一座典型的3跨连续梁桥在4条具有不同场地土特色地震波作用下的峰值响应。通过对结构的离散建立了包含LRB贡献在内的全桥有限元模型,采用Bouc-Wen双向耦合恢复力模型模拟LRB的力-位移非线性特性,运用有限单元方法建立系统动力特性矩阵,编制了使用四阶显式Runge-Kutta迭代法和Newmark时间积分法联合求解增量形式全桥非线性动力方程的时程分析程序。利用程序并结合算例对隔震和非隔震桥梁进行了对比分析。分析结果表明:LRB具有良好的隔震效果,能显著降低结构的地震响应;支座的屈服强度和硬化比对结构的隔震效果有很大的影响,对于某种地震激励,LRB存在一个最优的屈服强度值和适宜的硬化比值;桥墩高度对结构顺桥向的地震响应影响较大,对横桥向地震响应的影响并不明显;LRB在Ⅲ类场地土上的隔震效果较差,因此LRB隔震连续梁桥不适合修建在软土地基上。

考虑应变速率影响的混凝土重力坝非线性地震响应分析

通过引入应变速率、损伤变量以及刚度退化指标等参数,建立了应变率相关的混凝土弹塑性损伤模型。运用该模型对某重力坝厂房坝段分别就率相关及率无关两种情况进行了三维非线性地震响应时程分析。深入研究了混凝土应变速率等相关特性对结构动力响应的影响。结果表明,应变速率对混凝土的力学性能有一定的影响,随着应变速率的增加,坝体结构的变形减小,主拉应力有所提高,应变能有所减小以及开裂损伤有一定的降低。所得结论对混凝土重力坝的震害研究有一定的参考价值。

橡胶垫基础隔震浮顶储罐的非线性地震响应研究

从浮顶参与地震响应的角度出发,采用Nagarajaiah模型模拟铅芯橡胶支座(LRB)的力-变形非线性行为,研究了铅芯橡胶支座隔震储罐的地震响应特征。分析了地震烈度、高径比以及场地条件对立式钢制浮顶储罐隔震与非隔震状态地震响应的影响。分析表明,不同工况下,隔震体系能够有效地降低储罐的倾覆力矩,减少基底剪力,满足结构控制。但对波高的控制效果并不明显。合理优化高径比,选择场地,可以得到理想的减震效果。

考虑实际场地的矮塔斜拉桥非线性地震响应分析

为研究场地条件对矮塔斜拉桥非线性地震响应的影响,明确空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能分析的重要性,采用不同场地条件下的抗震设计反应谱作为目标谱,从PEER数据库选择与不同场地反应谱兼容的实测地震记录。以一座主跨为176 m的矮塔斜拉桥为例,基于OpenSEES建立三维非线性有限元模型,对该桥梁进行一致激励和多点激励下的非线性地震响应分析,详细研究空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能的影响。研究结果表明:在一致场地条件下,随着场地变软,矮塔斜拉桥的地震响应逐渐增大,与硬场条件相比,中硬场地和软场地震作用下,塔顶位移将分别增大1.80和3.93倍;不规则场地条件引起的地震动空间变异性使得矮塔斜拉桥的地震响应显著增大,即使与一致场地条件下的最不利的情况相比,实际场地条件下的桥梁结构的地震响应都比其增大84%;在矮塔斜拉桥抗震设计时应当充分考虑空间变异场地条件的影响,采用一致场地条件对矮塔斜拉桥进行抗震性能分析时将低估桥梁的地震需求。

连续理论的悬索房顶非线性地震响应

本文给出了连续理论悬索房顶在垂直地震力作用下具有Rayleigh阻尼的非线性控制方程组的各阶渐近解。

波形钢腹板-混凝土组合拱桥的非线性地震响应分析

本文以福建宁德岭兜大桥为工程背景，对混凝土箱拱和波形钢腹板-混凝土组合拱的动力特性和非线性地震响应进行了比较分析。结果表明，波形钢腹板-混凝土组合拱的面外基频较之钢筋混凝土拱桥下降约26％～55％，而两者面内基频相差仅为5％～7％。与混凝土箱拱不同的是，对于波形钢腹板-混凝土组合拱，其拱脚截面在横桥向单独地震作用下产生的最大应变与纵、横桥两方向地震动同时作用时产生的最大应变基本相同。因此在这种新型组合拱桥结构的抗震设计中，如输入的地震波为板块边界型地震动，则不需要考虑纵、横向地震动同时作用的情况。

考虑碰撞效应的多跨简支梁桥非线性地震响应分析

为了研究碰撞效应对多跨简支梁桥非线性地震响应的影响,文章以某三跨简支梁桥为例,基于OpenSees建立其非线性有限元模型,并采用Hertz-damp模型模拟碰撞过程中的刚度变化和耗能,对比研究了相邻主梁和主梁-桥台之间的碰撞行为对多跨简支梁桥非线性地震响应的影响。研究结果表明:地震作用下桥梁不同部位的碰撞响应差异较大,梁-梁之间的碰撞幅值明显要高于梁-台之间的碰撞,在桥梁设计时应该尽量减小相邻结构之间的刚度差异,从而减小相邻结构不同步振动引起的碰撞;碰撞对桥梁非线性地震响应具有较大影响,考虑碰撞效应后桥墩墩顶位移改变率最大可达到27.3%;地震作用下碰撞可以消耗一部分地震能量,并对桥梁的过大变形产生限制,从而减小桥墩的地震需求。

钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁非线性地震响应分析

以干海子大桥第二联为原型,建立基于纤维单元的三维有限元简化模型,分析该钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁在地震作用下的响应特性,讨论进入非线性后桥墩屈服顺序和内力重分布效应。通过与精细有限元模型、实桥测试、振动台试验比较验证了该文建立的简化单梁计算模型的正确性。以桥墩柱肢钢管边缘应变为判断标准,确定了水平最不利地震动输入方向为两端支座连线的法线方向,同时需要考虑竖向地震动的影响。通过地震响应分析表明,在设计地震动下桥梁处于弹性状态;进入塑性后,格构墩和复合墩以面内受力为主,轴力增幅小于地震动增幅,墩顶位移增幅大于地震动增幅;复合高墩面内弯矩增幅大于矮墩,有利于全桥的抗震。

隔震结构非线性随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度双线性滞变隔震结构在过滤白噪声地震激励下的随机响应问题进行了系统研究。首先建立了结构非线性运动方程 ;然后根据非线性随机振动理论对运动方程进行等效线性化 ;最后用复模态法获得了等效线性方程的解析解 ,将复杂的非线性随机响应问题简化为求解一元非线性代数方程问题 ,并给出了算例。从而建立了多自由度隔震结构非线性随机响应复模态分析的一整套计算方法。

非线性隔震立式浮顶储罐双向地震作用分析

研究浮顶振动对立式储罐地震响应的影响时,假定浮顶运动为均质刚性圆板振动,其波高沿半径方向线性变化,建立了含有波高参量的运动方程、基底剪力和倾覆力矩表达式。同时,在Park恢复力模型的基础上,给出了铅芯橡胶支座的双向耦合恢复力计算模型,并用该模型模拟了铅芯橡胶支座的力-变形非线性行为。采用时程分析方法对双向地震作用下的浮顶储罐地震响应进行分析,并与未考虑浮顶作用以及单向地震作用的储罐地震响应进行对比。数值结果表明,考虑浮顶作用具有降低地震响应的效果;特定工况下,地震响应峰值可能出现在非主震方向。

地震作用下软土-隧道-地上框架体系非线性动力反应分析

地铁隧道往往紧邻地上建筑而建,地震作用下隧道、土、地上建筑间的动力相互作用对隧道或地上建筑抗震性能的影响是值得探究的课题。采用Abaqus有限元软件,建立软土-地铁隧道-地上钢筋混凝土框架结构弹塑性动力反应分析模型,综合考虑隧道与框架结构间距、隧道埋深、框架结构动力特性、输入波幅值等因素的影响,分析地震作用下隧道与地上建筑间的非线性动力相互作用规律。研究表明:①地上建筑将显著加重“下穿型”地铁隧道的地震损伤;②浅埋地铁隧道地震响应受地上建筑的影响较深埋隧道更大;③当隧道紧邻而非下穿地上框架且隧道与框架间距不大于50 m时,隧道衬砌结构的动力响应可能被放大,也可能被缩小;④地铁隧道对地上建筑地震响应的影响可以忽略。

曲线梁桥非线性地震反应分析

已往地震表明,相比直线梁桥,曲线梁桥在地震中破坏较为严重,其地震反应行为更为复杂。以某轻轨工程中3×25m的预应力混凝土连续曲线梁桥为例,考虑支座与桥墩非线性行为影响,采用时程分析方法,研究了不同曲率半径以及地震输入角度对曲线梁桥地震响应的影响。结果表明:曲率半径及地震输入角度对桥梁各墩地震响应有较大影响;当曲率半径R≥100m时不同地震烈度下均可以桥墩两主轴方向作为最不利输入方向,当曲率半径R≥200m时可将曲线梁桥按直线梁桥进行简化计算。

近场多脉冲地震作用下高墩桥梁地震响应分析

为了研究近断层地震的多脉冲效应对不规则高墩大跨桥梁非线性地震响应的影响,首先,采用眼观识别的方法选取了典型的多脉冲、单脉冲和非脉冲3组地震动;然后,采用小波变换识别方法和能量识别方法对其脉冲性进行识别,研究了脉冲地震动识别方法对多脉冲地震动的适用性;最后,以某大跨度高墩桥梁为例,基于OpenSees建立了其非线性有限元模型,对其进行了非线性地震响应分析,对比研究了近断层多脉冲地震动及单脉冲地震动对不规则高墩桥梁非线性地震响应的影响.研究结果表明:现有的近断层脉冲识别方法只适用于速度时程中只含有一个主脉冲的地震动,对于多脉冲地震动,其失效的可能性非常大;近断层脉冲地震动对不规则高墩桥梁具有更强的破坏性,特别是在多脉冲地震作用下,1号、2号两个高墩的墩顶位移需求分别增加了118.9%和109.6%,墩底弯矩和墩底曲率也有明显的增大;近场多脉冲地震作用下主梁的碰撞次数增大了3~5倍,碰撞力也会增大2~3倍,主梁更容易发生严重的碰撞破坏,在抗震设计时应采取适当防撞措施.

TMD-基础隔震混合控制体系在近场地震作用下的能量响应与减震效果分析

基于能量平衡原理对近场地震作用下TMD-基础隔震混合控制体系进行了能量响应分析,研究了不同脉冲周期地震作用下混合控制体系的减震效果。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,建立了TMD-基础隔震混合控制体系的运动方程和相对能量平衡方程。以某八层基础隔震结构为算例,运用四阶龙格-库塔法和梯形法分别对结构安装TMD前后的非线性地震响应和能量响应进行求解,分析了混合控制体系中输入能量的变化和耗散过程。分析结果表明:以隔震层峰值位移作为控制对象时,TMD的控制效果并不好;从能量的角度来看,TMD对主结构的输入能,特别是隔震层滞回耗能的控制非常有效,这是因为TMD的阻尼耗散了体系中的大部分输入能;不同脉冲周期地震作用下TMD的减震效果差别较大,对TMD最优参数进行求解时应考虑地震动特性的影响。

吊索振动松弛对悬索桥地震响应的影响分析

以一座钢悬索桥为对象,首先建立能考虑主缆和吊索振动松弛的全桥空间有限元模型,所得固有振动模态与数值解析模态、现场试验结果的比较验证了有限元模型的正确性,可采用该模型进行非线性地震响应分析。其次,探讨地震荷载下主缆和吊索发生振动松弛的可能性,结果表明:强震作用于纵桥向时,跨中附近的吊索会出现振动松弛,但初始轴力较大、轴力减小量相对较小的主缆没有出现振动松弛;强震作用于横桥向时,吊索和主缆均未出现振动松弛。最后,分析强震荷载下吊索振动松弛对悬索桥各构件的影响,结果表明:纵桥向加震时,吊索振动松弛使横桥向另一侧的吊索轴力增大10%,但对加劲梁、主塔和主缆的地震响应影响较小,最大增大5%。

平钢腹板—混凝土组合拱桥地震响应分析

利用时程分析法对钢筋混凝土拱桥和平钢腹板—混凝土组合拱桥的非线性地震响应特性进行研究。结果表明,平钢腹板—混凝土组合拱桥拱脚截面在内陆直下型地震动同时作用于纵、横向时产生的最大应变是其单独作用于横桥向时产生的应变的2.40倍。因此,在这种新型组合拱桥的抗震设计中,如输入的地震波为内陆直下型地震动,则需要考虑纵、横向地震动同时作用的情况。