海底悬跨管线的地震响应和振动控制

渤海湾地区属于地震高发地区,在此处铺设海底管线必须考虑地震作用的影响,本文基于Ｍｏｒｉｓｏｎ方程建立了悬跨海底管线在地震作用下的动力方程,该方程考虑了海水对管道反应的影响,并对影响悬跨海底管线地震反应的因素进行了分析,在此基础上建议了控制管道反应的方法。     

非对称管 土边界的海底悬跨管道涡激振动特性

海底悬跨管道涡激振动问题十分复杂,需考虑流 管-土多场耦合效应。本文将悬跨管线简化为Euler-Bernoulli梁,两端跨肩管-土作用与线弹性弹簧和扭转弹簧近似,采用Van der pol方程描述旋涡脱落的尾迹特性。利用模态正交性对流-耦合控制方程进行解耦,采用龙格-库塔法进行数值求解,重点分析非对称边界对海底管道涡激振动特性的影响。计算结果表明：非对称边界条件对最大响应幅值影响不大;约束条件越强烈,模态激发越难,响应频率越高。     

水下悬跨输流管道流致振动响应研究

水下输流管道是油气管输的重要组成部分,海床或河床受水流的冲蚀而出现管跨后在内外流的作用下引起振动,造成水下管道的动力破坏。为此,以水下管道悬跨段为研究对象,考虑内外流体与管道间的流固耦合作用,将管跨处理成等截面的直梁模型,两端入土端的约束等效为弹性支承,采用模态叠加法对其进行动态响应研究,通过算例分析了各种参数对涡激振动特性的影响,从计算结果看出,内外流流速、压力、轴向力、管跨结构参数对管跨的动态响应具有重要影响。本文分析方法对水下管跨的动态设计和可靠性分析评估具有参考价值。     

大跨空间钢网架结构静力和动力性能实验研究

大跨结构静力与动力性能与结构能否安全服役密切相关。文章对某大跨钢网架结构进行了静载试验,并测试了各级堆载条件下网架竖向振动频率。试验中选择在其中一跨的接近中心处(挠度最大点)进行静载和动载试验。采用吊篮法在网架挠度最大点分别施加10kN和20kN配重,得到了加载处的竖向刚度;振动测试表明,该网架在脉动激励下振动卓越频率不明显,在冲击激励下可以得到较好的自由振动波形,并且卓越频率明显。振动测试数据分析中,考虑了各测点的相位关系,分别得到了无配重、10kN配重和20kN配重下钢网架竖向一阶振动频率,可用于设计阶段采用的分析结果的校核。     

海底管线管跨段涡激振动响应的实验研究

海底管线管跨段的涡激振动,是引发海底管线失效的主要因素之一,尤其是管跨在涡激振动下的“频率锁定”现象,是导致管线断裂失效的主要原因,也是在设计和维护管理中必须要避免的状态。影响管跨涡激振动响应规律的因素很复杂,因此,模型实验是研究和探索其规律的主要手段。为了探索海流运动对管跨动力响应的影响规律,在实验水槽中,分别对管跨在稳定流和随机流的作用下,管跨的动力响应规律进行了测定,本文对实验结果进行了分析的基础上,总结了“频率锁定”现象出现的条件,提出了在海底管线的可靠性设计和管道理中应采取的相应措施。     

拟静力法公路路基结构抗震稳定性研究

中国是一个地震多发国家,特别是在中西部地区。地震的发生为偶然事件,发生频率并不大,但一旦发生所造成的破坏却是灾难性的,对于高等级公路也不例外。在以前的研究中,很少涉及路基填土的动力学特性以及路基结构在地震荷载作用下的稳定性,现行《公路工程抗震设计规范》对地震动力荷载作用主要是以区域地震烈度作为惟一的参考依据,没有考虑地震振动频率和地震持续时间等特性,因此无法真实反映路基结构在地震作用时的特性。针对以上问题,对路基结构的动力稳定性通过拟静力方法进行研究,对路基结构动力稳定性计算的拟静力公式进行了改进。对于挡土墙在地震荷载作用下挡墙加速度受到影响,在计算挡土墙土压力时考虑地震加速度分布系数的影响;对于路基通过引入加速度分布系数对地震惯性力进行了改进,并对路基边坡拟静力稳定计算的公式进行了改进。     

拟静力法公路路基结构抗震稳定性研究

中国是一个地震多发国家,特别是在中西部地区。地震的发生为偶然事件,发生频率并不大,但一旦发生所造成的破坏却是灾难性的,对于高等级公路也不例外。在以前的研究中,很少涉及路基填土的动力学特性以及路基结构在地震荷载作用下的稳定性,现行《公路工程抗震设计规范》对地震动力荷载作用主要是以区域地震烈度作为惟一的参考依据,没有考虑地震振动频率和地震持续时间等特性,因此无法真实反映路基结构在地震作用时的特性。针对以上问题,对路基结构的动力稳定性通过拟静力方法进行研究,对路基结构动力稳定性计算的拟静力公式进行了改进。对于挡土墙在地震荷载作用下挡墙加速度受到影响,在计算挡土墙土压力时考虑地震加速度分布系数的影响;对于路基通过引入加速度分布系数对地震惯性力进行了改进,并对路基边坡拟静力稳定计算的公式进行了改进。     

用微分求积法分析不同支承条件下水下输流管道的动力特性与容许悬跨长度

考虑管道材料的非线性和管外流体的阻尼因素,得到水下管跨段的非线性运动方程,应用DQ法建立其模拟方程,采用数值模拟方法,对管跨段在理想支承和弹性支承条件下的固有频率特性进行仿真,重点探讨了内外流流速、管内压力、轴向力、Strouhal数、所输送介质的密度对管跨段的临界流速及容许悬跨长度的影响。结果表明,不同的支承条件对系统的动力特性影响很大,为此提出了用弹性支承来分析实际水下管跨段动力特性的方法。     

地震作用下可液化场地管道上浮动力响应及影响因素分析

地震作用下土体发生液化之后,由于超静孔隙水压力的产生和土体抗剪强度的降低,管道易发生上浮破坏。为研究管道上浮动力反应的影响因素,基于OpenSees有限元软件,通过目标反应谱和谱匹配等方法选取地震波,考虑不同管土特性和地震动特性,对地震作用下管道上浮动力反应进行了二维数值模拟。结果表明:土体相对密度、管径和管道埋深对管道上浮反应的影响较大,分别给出了土体相对密度、管径、管道埋深对管道上浮位移的影响规律及对应拟合公式;长持时地震动作用下,超静孔隙水压力消散较慢,管道上浮位移可达短持时地震动作用下管道上浮位移的2倍左右;近断层脉冲地震动作用下,管道上浮破坏和横向破坏两种破坏模式同时存在,且由于速度脉冲效应,管道横向破坏风险大于上浮破坏风险。     

地震波作用下的埋地燃气管道动力响应研究

埋地管道是现代城市的重要生命线工程,因其埋于地下,一旦遭遇地震,管道就有可能发生破坏,导致燃气泄露,可能引发火灾、爆炸等次生灾害,对人们的生命和财产造成严重威胁,因此,如何提高埋地燃气管道的抗震性能,是当前需要迫切解决的问题.认为在管道轴向上和横向上均与土体之间存在相对位移,结合拟静力法进行了地震波作用下埋地管道的动力...     

跨断层隔震管道管端与土体相互作用分析

断层错动是造成埋地管道破坏的重要因素之一,因此,跨断层埋地管道在断层错动下的破坏机制、模型设计与参数分析和管道抗断层措施一直是生命线工程的前沿问题。对跨断层管道内力分析取得的成果较多,比较经典的是Newm ark-Hall方法、Kennedy方法和王汝梁方法,后来又出现基于壳模型的有限元分析方法。现有的管道抗断层措施具有其优点的同时亦有其不足。本文基于壳模型的有限元动力数值模拟,对一种管道跨断层隔震措施进一步研究,考虑管端与土体相互作用计算隔震管段的断层错动响应。计算结果表明拉应变容易在土中的管段传递,相比较而言,压应变不容易在土中的管段传递;最大拉应变降低比较多,最大压应变降低比较少。根据分析结果,对跨断层隔震管段边界条件的选取提出建议。     

三塔自锚式悬索桥动力特性及影响参数分析

以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,建立三维有限元模型,通过调整缆索初应变确定恒载作用下的成桥线形,基于静力平衡状态进行模态分析得到三塔自锚式悬索桥的振型及频率。结构动力特性影响参数分析表明:主缆抗拉刚度、加劲梁竖向弯曲刚度、桥面恒载集度、矢跨比等参数对结构动力特性影响较大。     

大口径有压埋地管道穿越活动断层的非线性分析

基于ABAQUS软件平台,建立穿越断层的管道、有压液体及周围土体的三维有限元模型,分别在静力荷载作用和地震作用下,对不同运动形式断层（走滑断层、正断层、逆断层）中的管道进行模拟,并对管道内有无有压液体进行对比分析。分别得到管道在静力荷载作用下和地震作用下空管道与有压管道的变形特征,将其进行对比分析,得到管道内液体的质量和压力在静力荷载作用及地震荷载作用下对管道的不同影响。结果表明：在静力荷载作用下管道内液体的质量和压力提高了管道的抗变形能力,使管道更安全;而在地震作用下管道内液体的质量和压力削弱了管道的抗变形能力,使管道更容易被破坏。     

长输管道悬索跨越结构抗震性能的试验研究

本文以一实际长输管道悬索桥跨越工程为原型,制作了缩尺比例为1：8的试验模型,对试验模型的模态、抗震性能进行了白噪声和不同强度的El Centro波输入下的试验研究以及有限元分析。试验结果表明：试验模型的自振频率随地震强度的增加而降低,最大降低20％;试验模型的最大地震反应为塔架顶部的纵向振动,加速度达1．75g,折合原型为1．62g,动力放大系数为5．47。管道的地震反应以横向振动为主,最大加速度达1．21g,折合原型结构为1．12g,动力放大系数为2．63。试验过程中,输入的最大横向和竖向地震反应加速度折合原型均超过0．4g,但模型构件未发生破损,结构体系保持稳定,表明悬索跨越结构具有抗御地震烈度9度而保持使用功能的能力。不同强度的地震动作用下,钢索与管道的内力分配改变,钢索具有调节结构体系构件受力的重要机能,有限元分析结果与试验结果比较吻合。     

RC异形柱框架抗连续倒塌静载试验研究

按照我国现有抗震标准设计了一个1/3缩尺的两层3×2跨异形柱框架结构模型,并在替代柱的二层柱顶进行了竖向静力加载,以研究模型框架在失去底层短边中柱后,框架结构在倒塌破坏过程中的受力特性、破坏机理以及最终的破坏形态。研究结果表明:框架的倒塌破坏全过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和悬链线阶段;梁端塑性铰、框架梁的悬链线作用及失效柱相邻跨内梁板柱的空间作用,可有效提高结构的抗连续倒塌能力;框架结构顶层角部的梁柱节点为关键构件。     

压电陶瓷传感器的埋地长输管道动力响应监测

为监测埋地长输管道在冲击荷载作用下的动力响应,制作土箱-管道缩尺模型,将标定好的压电陶瓷传感器粘贴在管道上进行冲击试验。根据压电陶瓷传感器输出的加速度值,得到埋地管道在冲击荷载作用下的动力响应规律,并分析管道壁厚、管径、埋深、冲击高度等参数对管道动力响应的影响。利用有限元分析软件ABAQUS对该过程进行非线性有限元模拟,将有限元分析结果与试验结果进行对比,二者吻合程度较好。结果表明:在冲击荷载作用下,冲击高度增加,管道振动加速度峰值增大;相同工况下,大管径和薄壁管道振动加速度峰值较大,管道覆土越深,管道振动加速度峰值越小;压电陶瓷能够有效监测埋地管道的动力响应,为管道工程抗震设计和安全性评估提供参考依据。     

采用Ernst公式计算斜拉桥拉索振动特性的精度分析

斜拉桥拉索的动力特性是建立在斜拉桥的静力分析的基础上的.在静力分析中,几何非线性明显的索经常通过Ernst公式线性化成二力杆,但是,在动力分析中,很少有人研究过Ernst公式的精度.编制了基于弹性悬链线单元的斜拉索的非线性有限元分析程序,该程序可以一根索的任何一个参数值为已知条件来确定索的状态,研究了斜拉索不同张拉阶段索的频率和振型特性,并比较了Ernst公式计算拉索动力特性的精度和适用范围.     

穿越走滑断层海底管道局部屈曲研究及应变响应预测

海洋地震频繁且海底土体环境复杂,当地震导致断层土体发生永久变形后,穿越断层的海底埋地管道也将受迫发生变形。为确定变形后的管道能否正常工作,需根据实际工况对其进行应变响应预测。首先通过有限元计算软件ABAQUS建立管道与走滑断层的三维实体模型,模拟管-土间的接触作用并通过等效边界方法修正模型,得到管道局部屈曲破坏形式及应变分布情况。然后,通过调整有限元模型参数对断层交角、管道工作内压、管道径厚比对管道极限塑性应变的影响进行敏感性分析,定性分析不同敏感性因素对穿越走滑断层海底管道应变响应的影响。最后,在数值模拟数据的基础上通过MATLAB软件利用基于遗传算法优化的BP神经网络实现对管道应变响应的精确预测。结果表明:穿越走滑断层管道在发生局部屈曲时,可根据轴向压缩应变突变现象确定管道局部屈曲时对应的断层位移,并且断层交角、管道工作内压和管道径厚比都会对跨断层管道应变响应产生影响。     

饱和黄土静、动力特性试验研究

对重塑饱和黄土进行静、动力三轴试验,探讨了饱和黄土的静、动力特性。根据静力试验结果分析了饱和黄土静强度的变化规律,建立了饱和黄土的双曲线模型,并推导出其邓肯-张模型参数供本地区工程建设及数值分析参考使用。根据饱和黄土振动三轴试验结果,给出了其在等压固结与非等压固结条件下的动强度变化规律。在对饱和黄土动强度分析的基础上对其进行归一化处理后,建立了饱和黄土静、动强度相关性的经验公式,利用该公式可以实现采用饱和黄土的静力强度参数推求其动强度,从而达到减少场地动力稳定性分析中试验工作量的目的。     

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用“土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪”对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1．0、1．5固结比和0．05、0．10、1．00Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70％、28％的密砂和松砂进行了100、200、300kPa围压和100kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0．05Hz变化到1．00Hz时,液化强度相差达25％以上;动强度指标翰值随振动频率的增大而增大,最大相差12．2％;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。