SV波斜入射下海底沉管隧道地震响应研究

为避免近场斜入射地震波对海底沉管隧道造成灾难性后果,对沉管隧道及其剪力键在斜入射地震作用下的动力响应规律进行深入研究。首先,基于时域有限元方法并结合黏弹性人工边界,将地震波转换为模型边界节点的等效节点力,建立基于波动理论的三维平面SV波斜入射方法,并采用半空间算例验证该方法的准确性;然后,在该地震波输入方法的基础上,利用ABAQUS软件建立土体-沉管隧道节段三维精细化有限元模型,研究地震SV波斜入射作用下不同入射角度对沉管隧道及其剪力键动力响应的影响。研究结果表明:1)当SV波入射角接近临界角时,斜入射对隧道竖向和纵向响应达到最大值,水平响应与入射角呈反比关系;2)斜入射会使结构中对称部位产生非对称剪力,剪力键的剪力承担比也发生改变;3)剪力键根部易产生拉伸裂缝,端角也可能因应力集中而产生局部破坏。

SV波斜入射下Nam Ngum 5拱坝-库水-地基系统的地震响应分析

基于黏弹性人工边界与相应地震动输入方法,推导了任意角度下三维SV波斜入射时的等效节点荷载,构建了考虑地震波斜入射的三维黏弹性静-动力统一人工边界,探究了三维情况下混凝土拱坝在地震波斜入射时的地震动响应,应用于Nam Ngum 5重力拱坝-库水-地基系统的地震响应分析中。研究结果表明:当SV波斜入射角度逐渐增大时,坝体关键点的顺河向位移、主应力以及动水压力峰值均呈现逐渐增大的趋势,横河向位移呈现逐渐减小的趋势;其中25°与0°入射相比,坝顶点顺河向位移从0增加至0.15 m,横河向位移影响较小仅减小0.011 m;坝踵点、坝趾点主应力与斜入射角度存在明显差异,当入射角度为25°时,主拉应力与主压应力峰值相较于垂直入射分别增加了1.41 MPa与3 MPa;坝踵处动水压力峰值也在入射角度为25°时达到最大为0.33 MPa与-0.29 MPa;需要在类似实际工程设计中应考虑地震波斜入射的影响。

P,SV波斜入射下凹陷地形地震动分布特征

采用数值模拟方法,探讨了凹陷地形在P波和SV波斜入射下,入射角度θ和凹陷深宽比H/L等参数的变化对地表地震动峰值放大系数β的影响。得到如下结论:(1)峰值放大系数的影响程度和范围受不同地震波的影响较大;(2)凹陷两侧的放大系数比底部大,凹陷两侧顶点的放大系数比两侧地表的大;(3)凹陷深宽比一定,SV波从左边斜入射,放大系数随入射角的增大而增大,x分量的放大系数大于z分量,左顶点放大系数大于右顶点,对于P波,x分量的放大系数小于2,放大系数随着入射角的增大而增大,凹陷两侧顶点的z分量放大系数大于2,放大系数随着入射角的增大而减小;(4)入射角θ不变,无论是SV波还是P波,左右两侧的放大系数随凹陷深宽比H/L的增大而增大。当SV波从左边斜入射时,x分量左顶点的放大系数大于右顶点,z分量放大系数小于x分量;当P波从左边斜入射时,左顶点x分量放大系数大于右顶点,所有放大系数均小于2,z分量放大系数大于x分量。这些结论可为实际工程提供参考。

地震SV波斜入射下沉管隧道的地震响应分析

在ABAQUS黏弹性人工边界时域波动方法的基础上,首先运用等效应力输入方法实现地震SV波倾斜入射,半空间算例验证该方法具有较好的计算精度,进而基于所建立的斜入射方法研究地震波斜入射对海河沉管隧道地震响应的影响。计算结果表明:SV波斜入射情况下,沉管隧道的地震响应规律与垂直入射时具有明显差异;随入射角增加,沉管隧道结构应力增大,应力较大点出现在沉管隧道的四个角点及隔墙与底板、顶板的连接处,其中中隔墙为最薄弱点;随入射角增加,侧墙和隔墙的相对最大水平位移增大,其中中隔墙位移最大;随入射角增加,沉管隧道结构竖向加速度峰值明显增大。因此在沉管隧道结构抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。

SV波斜入射时双线并行地铁隧道横截面地震响应分析

SV波以大角度斜入射时,场地伴随更大的竖向地震作用,这很可能使得地铁隧道地震响应特点异于小角度斜入射情况。基于粘弹性人工边界理论,采用频域刚度矩阵法计算任意角度斜入射SV波的地震动输入等效节点力,通过ABAQUS有限元软件建立自由场模型,验证了0°、30°、40°和50°斜入射SV波地震动输入的准确性;在此基础上建立任意角度斜入射SV波作用下的地下双线并行圆形地铁隧道地震响应分析数值模型,从场地类别、隧道埋深和双隧道间距等方面分析SV波入射角度对隧道结构横断面地震响应的影响。研究表明:入射角度0°及略大于SV波临界角的入射角度是浅埋圆形地铁隧道结构抗震的最不利角度,尤其对于II类场地,若仅在临界角以内研究衬砌结构的地震响应,将显著低估衬砌结构的动力响应;此外,隧道埋深对衬砌动弯矩、动轴力峰值具有显著影响,这种影响与场地类别密切相关;II类和III类场地中小隧道间距条件下隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应具有一定的增大效应,而IV类场地中可忽略隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应所产生的影响。

SV波斜入射陡坎地形对地面运动的影响

采用有限元数值模拟方法探讨了在SV波斜入射时,入射角度θ、入射方向和陡坎坡角α等参数变化对陡坎场地地表震动加速度峰值放大系数影响。结果表明:1)对x分量,从陡坎底部到陡坎顶部,放大系数逐渐增大,入射角度、坡角和入射方向没有影响;对z分量,放大系数分布规律相对复杂。2)入射角度θ一定时,无论地震波顺着陡坎方向(左)入射还是逆着陡坎方向(右)入射,陡坎上侧的放大系数大于陡坎下侧的放大系数。同时,放大系数随着坡角α的增大而增大。3)坡角α不变,地震波顺着陡坎方向(左)入射时,x分量的放大系数随着入射角的增大而减小,z分量的放大系数随着入射角的增大而增大。4)地震波逆着陡坎方向(右)入射时,x分量放大系数随入射角的变化与输入波有关,但最大值基本在陡坎上侧边缘。z分量放大系数随入射角的增大而增大,最大值的位置无一致规律。5)地震波顺着陡坎方向(左)入射时,x分量的放大系数比地震波逆着陡坎方向(右)入射时的小,z分量与之相反。

基于GCTS空心圆柱扭剪仪的四向振动模拟SV波斜入射动力分析

利用GCTS空心圆柱扭剪仪,采用四向振动模拟SV波斜入射,模拟地震荷载引起的复杂应力状态下土体的动力特性.通过理论计算给出了单位周期内主应力方向角的变化曲线,进而比较不同频率、不同入射角等不同应力路径下动变形的响应,分析该仪器以及加载方式在实现复杂应力状态下土体的动力特性的可行性.

斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应分析

为分析斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应,采用等效节点力实现地震波输入,通过黏弹性人工边界处理无穷远辐射条件,分析了地震波类型、土体参数、入射角度等因素对单层球面网壳结构的土-结构相互作用及其地震响应影响。结果表明:单层球面网壳结构在地震波入射一侧出现翘起,网壳总体沿入射方向发生旋转,当P波斜入射时支座位移差最大达0.514 m,为网壳跨度的1/250。当P波斜入射时,软弱土情况下网壳顶点位移比中硬土和中软土大,顶点位移随入射角增大呈现先增大后减小的趋势;当SV波入射时,中软土情况下网壳顶点位移比中硬土和软弱土大,顶点位移随入射角增大而增大。斜入射地震波下,考虑土-结构相互作用后网壳顶点位移增幅最大达5.5倍,网壳外圈位移增幅大于网壳跨中增幅。

SV波斜入射下高拱坝地震反应分析

基于黏弹性人工边界结合显式有限元法的时域波动分析方法,通过三维平面地震波倾斜入射的输入方法,结合小湾拱坝研究了SV波斜入射对拱坝地震反应的影响。结果表明:SV波斜入射角度对拱坝地震反应的影响规律与P波斜入射作用下的情况有着显著的不同,SV波斜入射角度对拱坝抗震安全性起控制作用部位的低频区的幅值放大系数影响显著,顺河向入射时,幅值放大系数随着入射角度的增加而显著减小;横河向入射时,幅值放大系数随着入射角度的增加而显著增大。

基于电磁超声斜入射SV波的厚壁管道裂纹检测系统

为对厚壁管道缺陷进行有效检测,将电磁超声检测技术与数字信号处理器(DSP)技术相结合,开发了基于电磁超声的厚壁管道裂纹检测系统。通过DSP控制检测系统在厚壁管道中激发电磁超声斜入射SV波,经过DSP将裂纹回波信号处理后显示于上位机。试验结果表明,系统能够在壁厚为35mm的管道中检测出深度>2mm的裂纹缺陷。

曲面构件斜入射SV波EMAT辐射声场特性分析

为了解决曲面构件的凹凸检测面的曲率半径对斜入射垂直剪切波(SV波)电磁超声换能器(EMAT)的缺陷检测分辨率/灵敏度和定位/定量偏差影响这一问题,建立了基于圆弧曲面(凹面和凸面)检测面的斜入射SV波EMAT辐射声场有限元模型,研究了曲折线圈匝数、弧面曲率对斜入射SV波的主瓣峰值、主瓣宽度、主旁瓣比和入射角的影响,并对仿真结果进行实验验证。结果表明,当曲折线圈匝数相同时,凸面检测面的SV波幅值相比于平面检测面提高34.8%以上,主瓣宽度减小43.8%;当曲折线圈匝数由10匝增至30匝时,凸面检测面的SV波幅值提高42.3%,主瓣宽度减小43.6%;凸面检测面的SV波声场特性均优于平面和凹面;曲面曲率半径对斜入射SV波主瓣峰值、主瓣宽度和主旁瓣比有显著影响。

SV波入射下有无覆盖层凹陷地形的地面运动比较

采用了有限元数值模拟的方法,探讨了有覆盖层方形凹陷地形,在SV波的作用下地面运动的特征,结果表明:(1)覆盖层的存在对地表位移的幅值具有较明显的增大效应,即使在覆盖层很薄的情况下(覆盖层为模型高度的1/20)。(2)入射角分别为0°(垂直)、10°、20°、30°时,由于凹陷的存在对入射波有屏蔽作用,波垂直入射与斜入射相比有明显的不同,尤其是对凹陷左侧地面的位移影响更加突出。(3)随着入射角θ的增大,在x方向上,覆盖层对凹陷底部地面的地震动增大效应在减弱,在凹陷左右两侧顶角附近增大效应有小幅增大;在y方向上,覆盖层对凹陷底部地面的地震动增大效应有小幅增强,而对左右两侧顶角附近地面的地震动增大效应却是逐渐减小的。

考虑地震波斜入射下地铁车站动力响应分析

基于粘弹性人工边界条件地震动等效力输入方法,同时考虑土-结构动力相互作用及地震波斜入射条件下,采用通用有限元软件对一地铁车站在SV波斜入射下的动力响应进行了分析,结果表明:在地震波斜入射情况下,地下结构的反应是和垂直入射不同的,如果按照垂直入射处理,结构将偏于不安全;同时不考虑土-结构动力相互作用时各参考点的水平向最大位移和应力都较考虑时要大,结构偏于不安全。

高温铝合金电磁超声SV波检测方法研究

建立斜入射垂直剪切(Shear vertical,SV)波在高温铝合金金属材料中的声场分析和瞬态传播有限元模型,研究了斜入射SV波在高温铝合金中的声场特性和传播规律。设计并制作了耐高温斜入射SV波电磁超声探头,对铝合金试块底部长20 mm×宽1 mm×高1 mm的人工U型槽在20℃~450℃高温条件下进行检测。研究结果表明,随着温度的升高,斜入射SV波的入射角逐渐减小,主瓣宽度先增大再减小,主旁瓣比依次递减,缺陷回波的飞行时间增加,回波幅值呈现先增加后减小的趋势。

钢轨轨腰缺陷检测MsT有限元分析及优化

钢轨轨腰缺陷的存在严重影响了列车的运行安全,及时有效地对轨腰缺陷进行检测具有重要意义。基于铁磁性材料固有的磁致伸缩效应及其逆效应,分析了磁致伸缩换能器(MsT)激励过程的控制方程,采用有限元法建立了一个检测钢轨轨腰通孔缺陷、一发一收的单向聚焦斜入射SV波MsT二维多物理场耦合模型。该模型对钢轨轨腰处有缺陷时接收线圈的感应电压信号进行仿真分析,并结合正交试验法,分别研究了发射线圈和接收线圈的提离距离、导线结构参数对缺陷回波电压信号幅值的影响,得到了模型优化后的结构参数。该工作对MsT用于钢轨轨腰缺陷检测的接收电压信号分析以及导线设计具有指导意义。