近场波动对钢筋混凝土框架结构地震响应的影响

采用一维化时域方法将地震波动转化为等效节点荷载,通过三维黏弹性人工边界单元模拟远场地基辐射阻尼,建立基于刚性地基假定和考虑近场波动的三维钢筋混凝土框架结构有限元模型,对比内力和位移动力时程响应。研究表明:考虑近场波动使钢筋混凝土框架结构自振周期变长;与刚性地基假定相比,在观测点处,梁端弯矩幅值增大,轴力幅值减小,剪力幅值改变;柱端弯矩幅值减小,轴力幅值增大,剪力幅值也存在差异;顶点位移和层间位移均衰减。

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.

土-结构动力相互作用问题分析中地震动输入的一种新方法

为实现地震作用下土-结构动力相互作用问题的有限元模拟,需要在人工边界上完成地震动的有效输入,目前工程和科研中常用的地震动输入方法有两种:波动输入方法和振动输入方法。波动输入方法的模拟精度高,但实施上相对复杂且耗时,而振动输入方法处理简单,但模拟精度较低。针对应力型人工边界提出一种在人工边界上实现地震动输入的新方法,该方法通过对土-结构有限元模型中由人工边界节点及相邻节点组成的局部子结构施加自由波场位移时程并进行动力分析,从而直接获得可实现地震波动有效输入的等效地震荷载,然后在土-结构有限元模型的人工边界节点上施加等效输入地震荷载并完成动力计算,由此完成土-结构动力相互作用问题的地震动输入和地震反应计算。与原有波动输入方法相比,新方法避免了原方法需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件引起的附加力,以及需要根据不同人工边界面的外法线方向确定荷载作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用均匀弹性半空间和成层弹性半空间一维地震反应算例初步验证新方法的正确性和可靠性。

大跨度结构多点地震反应计算方法的比较

分析比较了直接求解法、位移输入法、相对运动法和大质量法4种不同多点地震动输入下大跨度结构地震反应的计算方法.以一实际工程为例进行了算例计算和结果比较,数值结果表明,直接求解法、位移输入法和相对运动法3种方法的计算精度较高,建议采用.大质量法计算结构加速度反应精度较高,但是位移和内力反应会出现严重的失真现象.位移失真原因主要是由程序中数值积分引起的,且大质量法并不能保证计算中的地震位移输入和实际的位移激励一致.

地震动分段输入的等效线性化方法

在一维土层地震反应等效线性化分析中发现,在强地震动输入下,等效线性化方法计算结果低估了地表峰值加速度水平,实际竖向台阵的观测记录与计算结果的比较证实了这一现象.其原因在于等效线性化方法在每次迭代中等效剪应变取为一常数,即最大剪应变水平的0.65倍,其整体提高了土体的地震动剪应变水平,导致计算分析中土体动剪切刚度比的降低和动阻尼比的增加,人为使得土体过分软化,造成地震动输入中高频成分过度滤波,加速度峰值偏低.为了使等效剪应变水平接近实际剪应变,在一维土层地震反应等效线性化分析中,本文提出了地震动分段输入的分析方法,即:设定某一阈值,在地震动时程第一次和最后一次超过该阈值的两个时间点处,将其分为3段,分别输入计算,并由分段计算结果叠加得到总的地震反应.阈值的选取与场地类型有关,不同的场地类型产生非线性效应的地震动阈值不同.计算结果表明,该方法比加速度时程一次性整体输入更趋合理.

SV波超临界角斜入射时层状地基地震动输入在ABAQUS中的实现

有限元数值模拟中,超临界角斜入射SV波作用下层状地基的地震动输入是一个亟待解决的问题。该文采用层状地基频域内精确的动力刚度矩阵(即频域刚度矩阵法)推导了SV波任意角度斜入射下的地震动输入等效节点力计算公式,通过ABAQUS有限元软件模拟SV波斜入射下均匀半空间、层状地基的地震波场,探讨了基于频域刚度矩阵法的层状地基任意角度斜入射地震动输入应用于ABAQUS有限元软件的有效性和准确性。结果表明,采用频域刚度矩阵法可以在ABAQUS中实现层状地基任意角度斜入射SV波地震动输入,且方法具有很高的计算精度,尤其对于SV波超临界角入射情况,有限元数值模拟很好地再现了均匀半空间地表质点的椭圆型运动轨迹和层状地基的行波特点。在此基础上进一步将频域刚度矩阵法与等效线性化方法相结合,解决了考虑土体非线性的层状地基在任意角度平面波入射条件下的地震动输入问题。

匝道桥地震响应影响要素分析

为探求匝道桥几何非规则性对结构地震响应的影响规律,基于嘉闵线匝道桥,采用SAP 2000软件建立结构有限元分析模型,分析不同跨径组合、纵坡、曲率半径和地震动输入方向下的匝道桥地震响应。结果表明:与简支梁桥相比,多跨连续梁桥顺桥向固定墩、横桥向矮墩和过渡墩的响应均变大;纵坡大小对桥梁纵向地震响应影响轻微,但在横桥向设置大纵坡可减小高墩区墩柱的地震响应;小曲率半径下采用切向或法向输入与地震动最不利输入方向存在角度偏差,会低估结构地震响应,大曲率半径下其地震响应与直线桥基本一致,可简化为直线桥进行分析。

空间网格结构多维地震反应分析方法研究现状

空间网格结构应用广泛,但其动力特性复杂,在地震作用下多维耦合效应显著。在总结现有研究成果的基础上,阐明了目前关于多维地震动输入和结构抗震性能参数研究的不足和存在的问题;在性能化抗震设计和多维地震反应分析的视角下,分析了振型分解反应谱方法、时程分析方法、增量动力分析方法、推覆分析方法以及随机方法的研究现状,指出了不同方法在多维化和实用化过程中面临的关键问题;介绍了空间网格结构抗震性能水准划分方法和相关指标,指出了现有指标的局限性,提供了可行的研究思路。最后,论述了发展多维推覆分析方法的必要性。

场地地震反应分析研究现状及展望

场地条件对结构震害的影响已成公认的事实,如何定量的进行场地地震反应分析成为地震工程学中亟待解决的问题之一,而在场地地震反应分析中确定地震动输入至关重要。针对场地条件和地震动输入对场地地震反应的具体影响、场地地震反应分析方法等方面的研究现状进行了系统总结。已有研究表明,场地条件和地震动输入对场地地震反应分析结果有显著影响。但目前仍存在的问题有:在冻土区进行场地地震反应分析时未充分考虑冻土层的影响效应;缺乏合理的地震动模型来准确描述实际地震动;尚未明确地震波入射角度对场地地震反应的影响规律;目前广泛使用的等效线性化方法不能完全反应土体在地震动作用下的真实运动状态而使其计算结果不尽合理。结合以上问题对还需进一步研究的内容进行了展望,为场地地震反应分析未来的研究工作提供参考。

远场地震作用下输电塔-线体系最不利输入方向预测研究

该文采用已有的最不利输入方向判别方法,开展了远场地震动激励下输电塔-线体系最不利输入方向的预测研究。依托实际工程,在ABAQUS中建立了输电塔-线体系有限元模型。为了验证该近似方法的适用性,选取了7条典型的远场地震波进行激励。开展了不同远场地震动输入方向下输电塔-线体系时程分析,并与近似方法的计算结果进行对比。结果表明,近似方法具有良好的准确性,利用近似方法得到的远场地震动最不利输入方向基本可以确定输电塔-线体系的最不利响应,减少了时程分析的计算代价。同时,不同地震动的最不利输入方向是不同的,同一条地震动激励下,输电塔-线体系的振动响应随输入角度而变化。

粘弹性边界及地震动输入在ABAQUS中的实现

ABAQUS有限元软件在水利工程中应用广泛,人工粘弹性边界和等效节点荷载法是水工构筑物地震动力响应分析的常用方法。基于ABAQUS计算内核,采用Python计算机语言编写了二次开发程序,实现了人工边界处各节点的弹簧、阻尼器及等效节点荷载自动设置的功能,并具体阐述了程序编译流程和关键要素。建立的典型SV波底面入射模型对程序的适用性进行了验证,结果表明地震波的传递及反射规律与理论解一致,程序合理可行。

某V形刚构连续梁拱组合桥隔震性能有限元分析

为研究大矢跨比连续梁拱组合桥的地震响应及隔震特性,以某V形刚构连续梁组合拱桥为工程背景,采用不同地震输入组合对该桥进行地震响应分析,并引入TFPS隔振系统分析其在三向地震输入模式下的隔震性能;建立全桥有限元模型,利用时程分析法对比分析该结构在不同地震输入模式下的地震响应及设置TFPS隔震支座后的抗震性能.结果表明:不考虑三向地震同时输入会明显低估连续梁拱组合桥的地震响应;在V形刚构制动墩底设置TFPS隔振系统,通过适度削减制动墩与主梁的约束,降低了作用于制动墩上的主梁与主拱质量,使各墩协同受力,从而减小制动墩上的地震响应.

Efficient Procedure for Seismic Analysis of Soil-Structure Interaction System

A simplified and efficient procedure, based on the viscous-spring artificial boundary and the modal superposition method, is developed to analyze the dynamic soil-structure interaction system in the time domain. The viscous-spring artificial boundary introduced in this procedure transforms the infinite soil-structure interaction system to an approximately finite system. A seismic wave input method is used to transform the wave scattering problem into the wave source problem. The modal superposition method is then applied to this approximate finite system. The results show that this method with only a few modes can significantly reduce the computational time with almost the same precision as the traditional direct integration method. Comparison of results from different loading times demonstrates that the advantages of this method are evident in computing with long loading time.

频率波数域内地壳层半空间剪切位错源宽频地震波传播模拟

剪切位错源地震波传播模拟是近断层地震动研究的理论基础,然而现有确定性方法在高频地震动求解和跨尺度计算中存在一定的不足。提出一种剪切位错源宽频地震波多尺度传播模拟的频率-波数域方法,能有效解决从高波速地壳尺度(公里级)到低波速岩土尺度(米级)成层半空间宽频(覆盖0.1~10 Hz的工程结构敏感频段)地震响应问题。利用Fourier-Hankel变换将柱坐标系下的三维波动方程由时间-空间域转换到频率-波数域内,并结合震源作用处的位移-应力间断条件,由修正刚度矩阵方法求得位错源引起的黏弹性层状半空间动力响应。首先与经典Haskell方法比较验证提出方法的正确性和精度,进而建立天津地区地壳结构中跨尺度场地模型,重点讨论震源频率和近地表软弱夹层对地震地面运动的影响。研究结果表明:(1)新方法在宽频地震动和含低波速细分土层的模拟中十分适用,能够清晰观测到位错源作用下地震波在层界面的反射、转换和透射等复杂传播过程及引起的地面运动特征;(2)软弱场地地面运动受震源频率影响明显,高频地震动作用使得地震辐射能量强度及范围增大,或将导致更为严重的地面破裂和结构破坏;(3)不同埋深和厚度的近地表软夹层对软弱场地地震反应均有重要影响,场地“滤波放大”和软夹层“隔震”的叠加使得地表响应变得十分复杂。

近断层工程场地强震-位错耦合地震动输入方法

精细的强震-位错耦合荷载输入是保证近断层工程结构地震响应分析准确性的重要前提,然而目前研究工作对近断层工程场地的地震动输入假设条件过于简化,难以合理表征地震与断层错动之间的同震同错耦合作用.为此,本文提出了一种面向近断层工程场地的强震-位错耦合地震动输入方法.首先,将震源尺度全局域划分为工程场地所在的内域以及工程场地以外的外域;其次,通过运动学震源模型模拟发震断层的破裂过程并获取地震波场;随后,建立一种适用于含活动断层非连续内域模型的扩展缩减域方法,将传播至内域的地震波场转化为动力荷载输入至内域模型的断层边界及内域截断边界,从而实现近断层工程场地在强震-位错耦合作用下的地震响应分析;最后,设计了平地、山体以及河谷3种地形工况算例以检验该方法的可靠性.结果表明:扩展缩减域方法计算结果与运动学震源模型吻合度较好,具有较高精度,且本文方法能够合理表征近断层地震动的强震-位错耦合分布特征以及速度脉冲、上盘效应、竖向效应等近断层效应.通过不同地形特征工程场地的地震响应分析及对比,验证了本文方法的广泛适用性,能够为实际工程抗震设计分析提供科学依据.