基于动力子结构方法的场地地震反应分析方法

本文验证了将约束子结构法引入到复杂场地地震反应分析的可行性,并在此基础上提出了两种进一步提高计算效率的简化措施。结合土层有限元模型的自身特点,提出了标准子结构的概念,通过设置标准子结构,可减少相同子结构的重复计算。基于约束子结构本身的性质,假定土层计算区域为局部非线性,可简化等效线性化分析过程,通过数值试验给出了局部非线性区域的取值范围。算例表明,上述简化措施在提高大规模复杂场地地震反应分析计算效率方面具有显著的优势。     

土层结构对反应谱特征周期的影响

本文选取和构造了若干有工程意义的典型场地剖面,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了在不同地震动输入下的不同场地剖面的地表加速度峰值和地表速度峰值。利用计算得到的地表加速度峰值和速度峰值计算了不同场地在不同地震动输入下的反应谱的特征周期。研究了不同土层结构对地表加速度反应谱特征周期的影响,获得了一些有意义的结果。     

三种土层结构反应谱特征周期的统计分析

本文人工合成了若干条能够反映不同地震动特征的基岩加速度时程,并将其作为土层地震反应分析的地震动输入。选取了若干个软弱夹层分别在底部、中部和顶部的场地剖面,利用工程上广泛应用的场地地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了不同场地类别,3种土层结构在不同地震动输入下的地表加速度反应谱的特征周期。给出了不同土层结构在统计意义上的反应谱特征周期的平均值,并通过与正常剖面反应谱特征周期的比较给出了不同场地类别,3种土层结构的反应谱特征周期的影响系数。本文的研究结果对进一步考虑场地分类具有一定的意义。     

古河道对工程场地地震动参数的影响

以上海浦东机场二期航站楼软土场地为例,应用二维土体模型和一维土体模型分别计算了深覆盖土层的地震反应,讨论了古河道对场地地震动参数的影响。此外,在二维土层地震反应分析中,进一步对比了基岩面地震波行波输入和一致输入下,场地地震动参数的差异。     

不同的地震动输入面对地震反应分析结果的影响

利用目前工程抗震设防上广泛应用的土层地震反应计算分析软件,对成都某典型卵石场地剖面进行了计算,得到了不同输入地震强度下的地震反应分析结果随不同地震动输入面的变化规律。结果表明,无论是地表加速度峰值,还是反应谱特征周期,在相同的地震动强度输入下,均是随着地震动输入面的变深而增大,其中加速度峰值最大增加20%以上,反应谱特征周期最大增加10%以上。此结论可为工程抗震设计人员获得科学合理的结构设计提供参考。     

深厚场地上特大桥墩-群桩-土相互作用体系地震反应特性的二维和三维分析

本文以某特大型跨江大桥主墩为研究对象,对相应于抗震设防水准为1000a和2500a地震重现期的6条人工地震波,首先采用一维波动模型分析了主桥墩场地的地震动效应,进而,采用二维整体有限元法和三维子结构有限元法对特大桥墩-群桩-土相互作用体系的地震反应进行了数值计算,分析了桩体不同深度处的地震加速度反应峰值、反应谱特征,探讨了深厚软弱场地上特大桥墩-群桩-土动力相互作用效应对群桩地震反应的影响。结果表明：桥墩场地的深厚软弱覆盖层对输入地震波具有明显的滤波和放大效应;由于特大桥墩-群桩-土体动力相互作用的影响,二维和三维计算得到的桩体加速度反应峰值较同高程处的自由场加速度反应大,且两者的频谱特性有显著的差别,群桩加速度反应峰值的空间分布与输入地震波特性有很大关系,不同桩在同一高程处的加速度反应峰值可能相差20％以上;二维和三维地震反应分析结果之间存在一定的差距,群桩中桩体的加速度反应峰值平均相差10％-25％左右,但两种方法得到的加速度反应峰值沿高程的分布具有相似的规律性。     

场地类型对反应谱平台值的影响

文中在总结一些学者研究基础上,利用土层地震反应分析的一维等效线性化波动方法,以建筑抗震设计规范规定的反应谱为目标谱,合成不同加速度峰值和特征周期加速度时程曲线共28条,将其作为土层地震反应分析的输入地震动,选取和构造了四种场地类型的225个土层剖面,计算了不同土层剖面在不同地震动输入下的设计反应谱的平台值.基于统计分析...     

工程场地地震安评中加速度反应谱标准化问题的讨论

文中计算了不同地震输入模式下的拱桥地震反应,讨论了输入指定地震波进行时域计算结果和按对应的反应谱进行计算所得结果之间的差异,特别分析了分别按地震波的实际反应谱和经过标定的反应谱计算得到的拱桥地震反应之间的不同.数值结果表明:在工程场地地震安全性评价中,采用标准反应谱的方式所提供的场地地震加速度参数,将会抹杀土层场地动力特性对地表地震动的影响.因此,按此地震动参数进行结构反应计算时,有时会低估结构的地震反应,留下结构抗震不安全的隐患.     

土层结构对反应谱平台值的影响

本文利用目前工程上广泛应用的场地地震反应的一维等效线性化波动方法,计算了不同场地模型在三种不同强度的地震动输入下的地表加速度反应谱。为了研究不同的土层结构对反应谱平台值的影响,本文将计算得到的地表加速度反应谱拟合成建筑抗震设计规范规定的设计反应谱的形式,分析对比了不同的覆盖层厚度、软弱土层对反应谱平台值的影响,得到了一些有价值的研究成果。     

三种土层结构反应谱平台值的统计分析

本文以建筑抗震设计规范规定的反应谱为目标谱,通过调整加速度峰值和特征周期来人工合成数百条加速度时程曲线,并将其作为土层地震反应分析的地震动输入。在若干有工程意义的场地剖面中,选取和构造了部分软弱土层分别在底部、中部和顶部的三种土层剖面,利用土层地震反应分析的一维等效线性化波动方法,计算了不同土层剖面在不同地震动输入下的地表加速度反应谱的平台值。在统计分析的基础上,给出了不同场地三种土层结构的反应谱平台值的平均值。通过与正常剖面的反应谱平台值比较,给出了三种土层结构的反应谱平台值的影响系数。本文的研究获得了一些有意义的成果。     

软土场地地铁车站抗震计算的等代地震加速度法

将软土地层中地铁车站结构与周围土体地震时产生的水平加速度,以静态的水平加速度代替,使两者作用下结构内力最大值相等、出现部位相同,实现将动力问题转化为静力问题。结果表明,该方法能反映软土地层中两层三跨地铁车站的在地震时的动力响应,是适用于工程设计的简单、实用的数值方法。     

能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的应用研究

位移延性是桥梁抗震性能的重要指标之一,以Pushover分析为基础的能力谱方法能够考察结构在地震下的弹塑性位移响应,是抗震性能评估的一种有效手段.文中阐述了能力谱法的基本原理,说明了基于弹塑性反应谱的能力谱方法在求解性能点时不需要进行迭代计算;基于弹性设计反应谱建立了相对应的弹塑性反应谱,结合某实桥,将能力谱方法和增量动力分析方法进行了对比,并根据不同的地震基本烈度和场地土类型进行了抗震性能评估.分析认为,能力谱方法计算简便,对结构1阶振型的地震响应占主导时,具有较好的精度,并能够基于设计反应谱来考察结构的弹塑性抗震性能,可用于桥梁抗震性能的评估.     

Efficient seismic analysis for nonlinear soil-structure interaction with a thick soil layer

The direct finite element method is a type commonly used for nonlinear seismic soil-structure interaction(SSI) analysis. This method introduces a truncated boundary referred to as an artificial boundary meant to divide the soilstructure system into finite and infinite domains. An artificial boundary condition is used on a truncated boundary to achieve seismic input and simulate the wave radiation effect of infinite domain. When the soil layer is particularly thick, especially for a three-dimensional problem, the computational efficiency of seismic SSI analysis is very low due to the large size of the finite element model, which contains an whole thick soil layer. In this paper, an accurate and efficient scheme is developed to solve the nonlinear seismic SSI problem regarding thick soil layers. The process consists of nonlinear site response and SSI analysis. The nonlinear site response analysis is still performed for the whole thick soil layer. The artificial boundary at the bottom of the SSI analysis model is subsequently relocated upward from the bottom of the soil layer(bedrock surface) to the location nearest to the structure as possible. Finally, three types of typical sites and underground structures are adopted with seismic SSI analysis to evaluate the accuracy and efficiency of the proposed efficient analysis scheme.     

Accuracy of three-dimensional seismic ground response analysis in time domain using nonlinear numerical simulations

To provide appropriate uses of nonlinear ground response analysis for engineering practice, a three-dimensional soil column with a distributed mass system and a time domain numerical analysis were implemented on the OpenSees simulation platform. The standard mesh of a three-dimensional soil column was suggested to be satisfied with the specified maximum frequency. The layered soil column was divided into multiple sub-soils with a different viscous damping matrix according to the shear velocities as the soil properties were significantly different. It was necessary to use a combination of other one-dimensional or three-dimensional nonlinear seismic ground analysis programs to confirm the applicability of nonlinear seismic ground motion response analysis procedures in soft soil or for strong earthquakes. The accuracy of the three-dimensional soil column finite element method was verified by dynamic centrifuge model testing under different peak accelerations of the earthquake. As a result, nonlinear seismic ground motion response analysis procedures were improved in this study. The accuracy and efficiency of the three-dimensional seismic ground response analysis can be adapted to the requirements of engineering practice.     

关于土层地震反应分析中阻尼矩阵建模方式的讨论

阻尼矩阵的选择对土层时域内地震反应计算的准确性有重要意义。本文构造了质量比例阻尼、刚度比例阻尼、Rayleigh阻尼、Caughey阻尼和Clough阻尼矩阵,研究各阻尼对土层地震反应分析精度的影响。以苏通大桥5号桥塔基础处的工程场地为例,分别以人工合成基岩波,Northridge波、Parkfield波和汶川波为输入,得到不同阻尼模型下土层的地震反应,结果表明Clough阻尼在计算精度和误差稳定性上要优于其他阻尼模型,针对Clough阻尼的不足之处提出了改进方法,算例表明改进后的Clough阻尼能在保证计算精度的前提下减少计算机的存储量和计算量。     

徕远广场结构设计地震波的确定

选择合适的人造地震动时程是高层建筑采用时程分析法计算地震作用的基础。介绍了徕远广场结构设计地震波的确定方法及过程。鉴于各条地震波输入进行时程分析的结果的离散性,提出可以采用场地土层反应分析得到的地表加速度时程及按照《高层技术规程》设计规准谱拟合人造波作为结构设计地震波。     

基于改进反应位移法的盾构隧道横向抗震规律研究

在地震动作用下,小间距盾构隧道夹土层区域的动力反应影响结构的内力与变形,而反应位移法未考虑夹土层弹簧参数的变化,本文针对这一误差来源,提出了改进反应位移法。一方面在反应位移法合理内容的基础上完善计算模型,另一方面通过数值计算将改进反应位移法与动力时程法进行对比分析,并拟合理论模型对改进的方法进行修正。结果表明,两种算法下结构的地震响应规律一致;间距d≥8m时,结构地震动反应变化不明显,可按反应位移法计算;理论模型提高了改进反应位移法计算结果的精度。     

液化土中输流管道的竖向地震响应研究

砂土液化是埋地管道遭受地震破坏的主要原因之一。液化土对管道产生上浮力,使管道发生上浮反应,它是随地震发生时间而变化的动态过程。将地震载荷作用下的液化区埋土管道模拟成两端弹性支承的直梁模型,考虑管-土间的相互作用和管内流体与管道之间的流固耦合作用,采用模态叠加法对液化区埋地管道进行地震响应的动态分析,探讨了管道和液化土参数对管道动态上浮反应的影响。通过数值仿真得到了管内流体的流速、流体压力、流体密度、管截面轴向力,管道黏弹系数、液化土容重和相对弹簧系数、地震加速度幅值等因素对管道上浮位移的影响情况。