大型钢桁架式渡槽结构地震响应研究

针对非一致地震激励下大型钢桁架式渡槽结构的隔震响应开展研究,依托实际工程在ABAQUS中建立了渡槽结构的整体有限元模型,给出了非一致激励的输入方法和摩擦摆隔震支座的简化模型,通过试验验证了摩擦摆隔震支座简化模型的准确性,并对一致激励和非一致激励、无隔震支座和有隔震支座的数值模拟结果分别进行了对比。结果表明:中墩正上方的桁杆为渡槽结构的最薄弱位置;非一致激励会显著增大渡槽结构,尤其是边跨的动力响应;在中墩顶部设置摩擦摆隔震支座能起到较好的隔震减震效果,提升桁架结构和槽墩的地震安全性。

深切峡谷上承式钢管混凝土拱桥地震响应分析

为探究深切峡谷地形对桥梁结构体系且考虑场地效应的抗震问题,以东溪河特大桥为例,根据桥址实际地形建立空间平面应变场地模型以及建立全桥有限元空间动力计算模型,采用线性时程分析法对比在一致激励分析与考虑场地效应的非一致激励下结构的地震响应。结果表明:1)场地效应均放大了两岸拱脚位置处的地震动,南岸地震动大于北岸,且场地效应会提升短周期结构在地震作用下的破坏能力;2)场地效应对增大拱肋上弦管拱脚、1/4拱肋和拱顶的弯矩及拱肋轴力也有一定的放大效果,其规律不明显,此外拱肋竖向位移在场地效应下显著放大;3)场地效应对交接墩和拱上立柱在地震响应下内力和位移响应的放大规律基本一致,但矮墩对场地效应更加敏感。

列车移动荷载与非一致地震动作用下轨道-路基系统动力响应

为研究列车移动荷载与非一致地震动耦合作用下轨道-路基系统动力响应规律,以京沪高铁和CRH3型列车为研究对象,建立了三维精细化有限元模型,进行了耦合荷载作用下轨道-路基系统动力响应分析。通过平稳地震动时程乘以包络函数合成了非一致地震动,参数化分析了列车运营时速、轴质量及非一致地震动震级对轨道-路基系统动力响应影响规律。结果表明:轨道-路基系统响应幅值并非随列车运行速度提升而增大,存在一个包括临界速度的范围,在此范围内列车移动荷载与非一致地震动耦合作用下轨道-路基系统将会出现强烈振动;随着列车轴质量或地震动PGA(peak ground acceleration)增大,轨道-路基系统出现更显著的震动响应。与一致激励相比,非一致激励下轨道板竖向位移峰值和竖向加速度峰值的出现时间更早。

地震作用下桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道纵向动力响应分析

为研究地震作用下桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道系统的动力响应,以11×32 m简支梁桥为例,基于有限元法和梁-轨-板相互作用原理,建立了桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,分析了不同地震波及地震动强度对系统受力变形的影响.研究结果表明:与El-Centro波相比,天津宁河波对系统动力响应有显著的增强效应,钢轨应力曲线均关于跨中呈反对称分布,最大拉压应力为206.5 MPa;各层间构件受力变形曲线均关于桥梁纵向呈轴对称分布,钢轨位移线形平滑,在中跨桥右侧1/3处达到最大,为100.6 mm;轨道板、自密实混凝土层、底座板位移随桥跨数的增加呈阶梯增减变化,最大值出现于第6跨桥,轨板相对位移在最右侧梁缝处达到最大,各结构的纵向力较小;随着地震动强度的提高,系统受力变形显著增加;与设计地震相比,罕遇地震下轨板相对位移最大值增加了146.9%,可达85.5 mm,极易导致轨下胶垫窜出引发扣件失效;左侧桥台与相邻固定支座墩顶最大位移差值显著,为96.6 mm,增加了落梁风险;对于地震区桥上无缝线路,需加强对薄弱位置处轨板相对位移以及相邻墩/台顶位移的关注.

场地相关的非平稳相干函数及其工程应用

依据蒙特卡洛方法和连续小波变换得到非平稳相干函数,采用四阶傅里叶级数拟合非平稳相干函数,分析场地条件和站点间距对参数的影响,验证模型有效性,并合成多点地震动。以一输电塔线体系为研究对象,对比分析了一致与非一致地震激励作用下输电塔最大层间位移角,研究结果表明:①建立的傅里叶非平稳相干函数模型,能够较好地模拟相干函数非平稳特性及场地变化,且拟合精度较高;②场地条件影响傅里叶非平稳相干函数模型的五个参数,站点间距影响傅里叶非平稳相干函数模型的三个参数,应考虑场地条件和站点间距的影响;③与一致地震激励作用输电塔最大层间位移角超出限值的极限峰值加速度相比,非一致地震激励作用下的极限峰值加速度较小,表明输电塔较早发生破坏,输电塔线体系地震响应分析应考虑非一致地震激励的影响。

雄商高铁黄河特大桥纵向抗震体系设计研究

雄商高铁(雄安—商丘)黄河桥采用主跨(60+80+4×260+280+80+60)m的钢桁梁柔性拱桥,承载双线高速铁路,全桥纵向采用减隔震支座+黏滞阻尼器的减隔震方案,并设置纵向防落梁装置。由于主桥长度达1600 m,且桥墩数量多,因此地震作用下的非一致激励效应和不同桥墩位置处减隔震支座的减震差异性不可忽视。本文以该大桥为背景研究非一致激励地震作用以及双曲面减隔震支座的平面摩擦效应对高速铁路长联桥梁结构地震响应的影响,并给出减隔震支座、黏滞阻尼器和纵向防落梁的一体化抗震体系设计方案。结果表明:与一致激励地震相比,考虑非一致激励作用时支座的地震变形显著增加,最大位置处增加了1倍左右,而桥墩内力响应有小幅度下降;当不考虑双曲面减隔震支座的平面摩擦效应时,桥墩内力响应增加明显,其中高墩的墩底弯矩增加了40%左右。对于长联大跨度桥梁,可参考如下抗震设计原则:减隔震支座的变形需求考虑1/2支座的正常使用变形和支座地震变形的叠加。

多点激励高烈度区框架结构地震响应分析

为了研究高烈度区地震动多点激励对框架结构抗震性能的影响,基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,采用大刚度法(LSM)在结构动力分析中的实现方式,并以实际工程为背景建立框架结构有限元模型,对该框架结构进行地震动力弹塑性计算,分析该类结构在青海高烈度区单点一致和多点非一致地震激励作用下的响应特点及抗震性能。结果表明:与单点一致激励相比,多点非一致激励会明显增大结构首层位移角,平均层间位移角由1/214增大为1/141;减小基底剪力和弯矩,其平均值分别降低了4%和3%;结构X方向的顶层位移减小,Y方向增大,Z方向则基本不变;并且多点非一致激励对结构层间位移的影响会随着结构基础支座间地震响应时间差的增大而减弱,X方向上的位移减弱效果明显,Z方向上仅出现响应滞后现象。故多点非一致激励能够更接近地震发生时的真实情况,对建筑结构采取多点非一致激励下的动力弹塑性分析很有必要。

行波激励下输电塔-线体系纵向地震反应分析

基于所建立的输电塔-导线体系空间有限元模型,利用非线性时程分析法研究了体系在行波输入下纵向地震反应特性,并和一致地震动输入下的反应情况进行比较。结果表明：行波输入可增加也可降低输电塔的地震反应,这与行波波速、地震动性质都有关系；行波输入很大程度上增加了导线的轴力反应,随着行波波速的提高导线轴力逐步降低并接近于一致输入时的情况；行波输入强烈地放大了导线的纵向和竖向位移反应,特别是后者在近断层地震波输入时；输电塔—导线体系的地震反应受行波波速影响很大。

多点激励下大跨度斜拉桥地震反应分析

大跨斜拉桥是交通运输的枢纽工程,一旦在地震中遭到破坏,将会造成巨大的直接和间接经济损失。由于大跨斜拉桥的跨度大,在地震中地震波到达不同桥墩的时间存在差异,这会对大跨斜拉桥的地震反应产生很大影响。因此,对大跨斜拉桥在多点输入下的反应开展研究,对进行正确有效的抗震设计,确保其抗震安全性具有非常重要的意义。本文分析了多点激励下大跨度斜拉桥的地震反应,并与一致激励下大跨度斜拉桥的地震反应进行了对比,研究了多点激励对大跨度斜拉桥地震反应的影响。

直流换流阀抗震分析技术的研究

直流换流阀是直流输电的核心设备,它的结构抗震性能直接影响整个直流输电系统的地震安全性。而阀结构的抗震性能是阀结构设计时考虑的重要因素之一。阀结构采用避震设计,建立阀三维有限元模型,考虑铰接处旋转刚度影响,建立理想阀结构和改进阀结构模型,且对理想模型用两种程序计算。首先计算两种阀结构的动力特性,分析影响动力特性的主要因素;其次利用时程分析研究了它们在水平和竖直激励下的阀结构响应。结果表明,阀结构具有较好的避震能力,在水平地震作用下可能发生低频振荡现象,改进的阀结构改善了阀体在水平地震作用下的结构位移变形。

非一致地震激励下大跨度桥梁随机振动时域显式法

对于大跨度桥梁结构,地震激励的空间效应不应忽略。考虑到随机地震激励的非平稳特性,为提高计算效率,有必要在时域内直接开展非一致地震激励下大跨度桥梁的随机振动分析。基于相对运动法,推导非一致地震激励下结构动力响应的时域显式表达式,提出可考虑非一致地震激励的时域显式直接法,可快速获取结构响应的统计矩;同时提出高效的时域显式随机模拟法,可进一步获取非一致地震激励下结构响应的平均峰值等更全面的统计信息,并可有效实现结构的动力可靠度分析。以某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展顺桥向非一致地震激励下的随机振动分析,分别研究地震激励的行波效应、失相干效应和局部场地效应对桥梁关键响应标准差、平均峰值和结构抗震动力可靠度的影响。研究结果表明,对于该桥主梁跨中和主塔塔顶顺桥向位移,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值均小于一致地震激励下的结果;而对于该桥主塔塔底内力,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值有可能大于一致地震激励下的结果,其中弯矩和剪力的平均峰值增幅分别可达21.6%和19.5%;此外,地震激励的空间效应对该桥的体系失效概率也有较大影响。

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。

大跨径钢筋混凝土拱桥的地震时程响应分析

针对某在建150 m跨径钢筋混凝土箱形拱桥,采用开发的基于ANSYS的大跨桥梁抗震分析计算模块进行地震加速度时程响应分析。选用天津波和EL-Centro波两种加速度时程曲线,采用一致激励和行波激励分别进行地震时程响应分析。结果表明:与一致激励相比,考虑行波效应时,拱脚弯矩、l/4截面轴力和弯矩均有显著增大,拱脚轴力、拱顶轴力和弯矩则有所减小;各部位的顺桥向位移均增加。开发的抗震分析模块应用于实际工程中效果较好。

多点激励下大跨度桥梁的地震反应

大跨度桥梁跨越尺度较大,其墩柱基础所处地质条件存在差异,不同墩柱间的地震动输入存在时间差,因此在进行地震反应分析时需考虑多点激励效应.文中基于大质量法的计算原理,在通用有限元程序Strand7平台上实现了多点激励下大跨度桥梁的地震反应分析.在此基础上分别考察了一座主跨428m的三跨连续中承式钢拱桥在一致激励、行波激励和多点激励下的地震反应规律.结果表明,行波激励和多点激励对大跨度拱桥的地震反应有较大影响,应予以考虑.

不同地震激励下大跨度斜拉桥的地震反应分析

考虑地震波的行波效应、部分相干效应和局部场地效应,建立了不同机制的地震激励下大跨度斜拉桥地震反应的分析方法并以正在建设的主跨1 018 m的香港某大跨度斜拉桥为例,数值仿真了大跨度斜拉桥在确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励下的地震反应。结果表明:与确定性地震波一致激励相比,在确定性地震波行波激励以及考虑空间变化的随机地震动场激励下,斜拉桥的纵向位移反应明显减小,而其主跨跨中竖向位移反应明显增大。由此得出结论:对于大跨度斜拉桥,一致地震激励不能控制其抗震设计,应考虑行波激励和随机地震动场多点激励对其地震响应的影响。

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.

随机地震激励下塔机结构动态响应分析

基于随机振动理论,对塔机进行随机地震激励下的动态响应分析。选用杜修力-陈厚群模型描述地震动输入,采用一致平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了塔机在五种不同组合方向输入地震激励时塔机内力、位移的随机地震响应。计算结果表明:Y向(竖向)地震波激励相比X向地震时塔机内力增幅明显,Z向地震波激励对塔身弯矩影响最大;Y向地震波是造成塔臂断裂的主要原因,Z向地震波过大易导致塔机倾覆。

横向非一致激励下土层地震响应的振动台模型试验研究

针对自由场土体的非线性地震响应问题,采用悬挂式连续体模型箱,开展了横向一致激励和非一致激励下砂土自由场土体的振动台试验。通过试验,研究了不同地震动、不同地震强度作用下自由场土体的地震动反应特性及其变化规律,包括场地土体的动力特性、加速度地震响应、剪应力-剪应变以及土体的沉降。研究结果表明:土体的非线性发展程度不仅与地震动记录有关,还与地震动输入方式、加载等级有关;与一致激励相比,非一致激励下土体运动的不一致性引起了更强的土体结构性变化,频率降低,阻尼比增大,土体的加速度峰值和频谱峰值均有降低,土体的非线性发展相对较快。土体剪应力-剪应变曲线和沉降曲线的变化规律一定程度上也反映了土体的塑性发展情况,所得结论和自由场地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性。

纵向非一致激励下自由场土体的非线性地震反应研究

土体地震反应分析对结构的地震反应和抗震安全性评价具有重要的意义,以大型振动台模型试验为手段,研究一致激励和非一致激励下自由场土体的非线性地震反应规律及其影响因素,能够为结构的地震破坏机制分析提供支撑。通过对场地土体的动力特性、加速度响应、剪应力-剪应变曲线以及土体沉降的分析,研究了不同地震动、不同地震强度作用下自由场土体的地震动反应特性及其变化规律。研究结果表明:土体的非线性发展程度不仅与地震动记录有关,还与地震动输入方式、加载等级有关;在大震或纵向非一致激励作用下,土体运动的不一致性导致了更强的土体结构性变化,频率降低,阻尼比增大,土体刚度弱化,土体的非线性发展相对较快;土体剪应力-剪应变曲线和沉降曲线的变化规律一定程度上也反映了土体的塑性发展情况。所得结论和自由场地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性。

基于埋地管道非一致激励振动台试验的土层地震响应研究

利用北京工业大学振动台九子台台阵系统,首次设计并开展了多点非一致激励下埋地管道的三台阵振动台试验,研究非一致激励下土层的地震响应。通过试验,观测了振动过程中场地土表现出的宏观现象,分析了自由场和非自由场土体的动力特性及加速度响应,研究了不同地震动、不同地震强度一致和非一致激励作用下土体的地震反应特性及其变化规律,比较了自由场与非自由场土体的加速度放大系数和同一测点的加速度时程及傅氏谱。研究结果表明:土体的地震响应除了与地震动记录、加载等级有关外,还与埋设的结构有一定的关系。非自由场的阻尼比、基频等动力参数略大于自由场的参数;在较低加载等级下,管道受周围土体约束作用较强,其地震反应基本上服从于土体的反应,但随着加载等级的提高,土体约束作用降低,管道的加速度稍大于土体的加速度;埋地管道的存在于一定范围内对土体的动力特性有一定的影响,但超过一定范围,这种影响将迅速减弱。所得结论与振动台试验所得的地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性,为后续埋地管道的地震破坏机制分析提供支撑。