云冈石窟的地震动力响应研究

选取云冈石窟中的典型石窟作为研究对象,建立了三维的石窟计算模型,首先输入水平方向地震荷载,计算了石窟岩体的位移和应力分布情况.结果表明,石窟的立柱部分和入口处易产生较大位移;石窟周围,尤其是洞窟开挖的薄壁部位,容易形成压应力、拉应力和剪应力的集中区,是石窟围岩容易破坏的地方.再输入竖向和横向的地震荷载进行比较,结果表明,竖向地震荷载对石窟拉应力的影响较横向地震荷载更为显著,但竖向地震荷载产生的压应力值远较横向地震荷载的为小;而横向地震荷载比竖向地震荷载更容易引起最大剪应力集中,即更容易导致石窟的破坏.     

斜拉管线桥的竖向地震反应分析

在我国四川，为了使管线跨越涪江，建造了一个斜拉管线桥，本文给出了斜拉管线桥在竖向地震作用下的计算模型，在该计算模型中，桥塔视为轴向刚性，缆索看作为单向弹簧。本文还导出了缆索竖向抗拉刚度的计算公式，利用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程，建立了斜拉管线桥体建立在竖向地震作用下的运动微分方程，使用反应谱方法，对斜拉管线桥体系进行了竖向地震反应分析。     

麦积山石窟栈道地震动力响应分析及损伤评估研究

为研究麦积山石窟人行栈道在地震作用下的动力响应,选取154石窟处栈道作为典型结构,利用ABAQUS建立三维实体模型,充分考虑麦积山石窟地震环境条件,基于麦积山石窟窟区地震危险性评价结果,分析石窟栈道在50年超越概率63.5%、10%、2%水准所对应地震作用下的加速度响应、应力和损伤分布情况,进而对栈道结构抗震性能水准进行划分。结果表明,在地震作用下,栈道结构斜梯加速度响应明显大于平台板处加速度响应,平台板随其所处位置高度的增加,加速度响应峰值增大;栈道结构悬臂梁与岩体嵌固的端部混凝土应力数值较大,斜梯梁与悬臂梁相交处钢筋应力较大;随地震作用的增大,栈道结构混凝土拉压损伤出现范围和数值均呈增大趋势,且主要集中在悬臂梁与岩体嵌固端部,呈现出上部受拉、下部受压的典型破坏特征;基于栈道结构材料应力应变和构件损伤程度对其抗震性能水准进行划分,栈道在多遇(PGA=70 gal)、设防(PGA=240 gal)地震作用下,地震损伤评估结果均为轻度损坏,在罕遇(PGA=450 gal)地震作用下,地震损伤评估结果为严重损坏。该研究结果可为麦积山石窟栈道震损评估和加固设计提供科学依据。     

人字桥梁多维地震作用下振动台试验研究

设计制作一座人字曲线桥模型,进行了多维输入的振动台试验,分析了结构在地震作用下的震害现象,并探讨了多维输入下的地震响应特点。结果表明:人字曲线桥梁梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,竖向输入是梁跨中裂缝出现的主要原因,桥墩裂缝主要受水平输入的影响。梁跨中加速度响应受竖向输入影响最大,墩顶纵桥向加速度响应受竖向输入分量影响并不显著。单维竖向输入降低墩体竖向加速度响应,三向输入则加大墩体竖向加速度响应;对于人字桥梁伸缩缝宽度设置,分支直梁处可只考虑纵桥向地震输入,分支曲梁处则要考虑水平双向地震输入。     

预应力锚索加固石窟岩体的地震动力响应研究

根据锚索加固石窟岩体的特点,以甘肃安西榆林石窟的三个典型的工程段为例,通过动力有限元的方法对地震荷载作用下预应力锚索加固石窟岩体的位移场、应力场的模拟计算,得出了其动态响应和变化规律。并通过对地震荷载的频谱特性分析,揭示了地震荷载的特征周期对锚索加固石窟围岩的动力响应结果的影响。     

锚杆加固对石窟地震反应的影响

利用大型通用AD INA有限元分析软件进行动力分析,研究锚杆加固对石窟地震反应的影响。通过对无裂隙无锚杆、有裂隙无锚杆、有裂隙有锚杆和有裂隙有预应力锚杆4种模型的分析,研究了锚杆在石窟岩体加固中的作用。结果表明,锚杆的加固作用是明显的,在有裂隙的部位打入锚杆对石窟整体结构的安全性是有益处的。通过两条地震波作用下石窟的地震反应分析,指出了石窟结构在地震荷载作用下的薄弱部位,计算结果表明地震作用下薄弱部位多数发生在石窟的脚点附近,分析结果可作为石窟抗震设计的参考依据。     

烟囱在水平与竖向地震动联合作用下的反应

本文对烟囱在水平与竖向地震动分量联合作用下的反应进行了分析,分析中考虑了包含竖向地震动的几何非线性的影响。分析结果表明,水平地震应力起主要作用,竖向地震应力也不可完全忽视,在上部它可达重力应力的50％—90％。几何非线性对水平地震应力的影响较小。本文还对烟囱竖向地震荷载进行了分析,给出了竖向地震荷载的近似计算公式。     

地震荷载下龙门石窟围岩变形破坏机制的数值模拟

以洛阳龙门石窟为研究对象,阐述了地震荷载下洞窟围岩损伤的影响因素;采用动力有限元法,从地震动的不同工程特性、不同输入方向等方面入手,分析研究了不同地震作用下洞窟围岩的位移、速度和应力动态变化特征,并指出了围岩内振动位移、速度最大值以及应力集中出现的地方,对有无裂隙两种情况下围岩的位移、速度和应力值进行了对比。最后,根据岩体强度和莫尔—库仑破裂准则,分析了围岩在不同地震作用下可能出现的拉性、压性以及剪性破坏,为石窟文物地震安全评估及防灾对策研究提供了依据。     

砖烟囱地震破坏分析

本文研究了无筋砖烟囱的地震破坏形式,并进行了反应的数值分折,特别着重水平与竖向振动的相对重要性。文中假定地震应力与自重应力综合后的最大拉应力一旦达到或超过容许拉应力,烟囱的整个截面即裂开。在选择几个合理的地震动加速度过程之后,计算了一些典型的无筋砖烟囱的地震反应;在计算中,当某一截面断裂后,即考虑断了的烟囱上部为刚体,继续计算到地震终了,再发生第二道裂缝,或上部倾倒时为止。根据这些计算,得到的结论是:在一般情况下,水平振动是无筋砖烟囱破坏的主要原因,只是在特殊情况,竖向振动才可能起同等重要的作用。     

单体土遗址地震动力响应分析——以山丹县刘富寨敌台为例

我国西北地区遗存有大量的单体土遗址,时刻遭受地震等各种灾害的威胁。因其种类繁多,形式各异,很难以一个确定性的模型或计算方式来获取较为准确的结论。为更好地研究及保护单体土遗址,以山丹县刘富寨敌台为例,采用FLAC3D软件对其进行地震动力响应分析,包括位移、应力以及地震波的加速度放大效应。研究结果表明:在实测双向地震荷载作用下,敌台产生了一定的永久位移,且以竖向位移为主(主要由水平地震荷载引起);敌台内部裂隙处产生了拉应力集中,且其接近抗拉强度;地震加速度放大效应随高度增加而强烈,以竖向加速度更为明显;裂隙对竖向位移的产生具有强烈的不利影响,同时裂隙处加速度放大系数最大,但会弱化相邻测点的放大效应。     

石窟围岩及其附属构筑物地震稳定性评价方法研究

以莫高窟为例探讨了挡墙加固型石窟围岩及其附属构筑物的地震稳定性评价方法 .认为对于大型的石窟群及其附属构筑物 ,其地震稳定性评价宜采用以动力分析方法为主 ,拟静力法为辅的双轨制方法 ,并提出了具体的评价思路和理论分析方法 .     

Nonlinear numerical assessment of the seismic response of hillside RC buildings

Major damage has been reported in hilly areas after major earthquakes,primarily because of two special conditions:the variation in the seismic ground motion due to the inclined ground surface and the irregularities caused by a stepped base level in the structure.The aim of this study is to evaluate possible differences in the responses of Chilean hillside buildings through numerical linear-elastic and nonlinear analyses.In the first step,a set of response-spectrum analyses were performed on four simplified 2D structures with mean base inclination angles of 0°,15°,30°,and 45°.The structures were designed to comply with Chilean seismic codes and standards,and the primary response parameters were compared.To assess the seismic performance of the buildings,nonlinear static(pushover)and dynamic(time-history)analyses were performed with SeismoStruct software.Pushover analyses were used to compare the nonlinear response at the maximum roof displacement and the damage patterns.Time-history analyses were performed to assess the nonlinear dynamic response of the structures subjected to seismic ground motions modified by topographic effects.To consider the topographic modification,acceleration records were obtained from numerical models of soil,which were calculated using the rock acceleration record of the Mw 8.01985 Chilean earthquake.Minor differences in the structure responses(roof displacements and maximum element forces and moments)were caused by the topographic effects in the seismic input motion,with the highly predominant ones being the differences caused by the step-back configuration at the base of the structures.High concentrations of shear forces in short walls were observed,corresponding to the walls located in the upper zone of the foundation system.The response of the structures with higher angles was observed to be more prone to fragile failures due to the accumulation of shear forces.Even though hillside buildings gain stiffness in the lower stories,resulting in lower design roof displacement,maximum roof displacements for nonlinear time-history analyses remained very close for all the models that were primarily affected by the drifts of the lower stories.Additionally,vertical parasitic accelerations were considered for half the time-history analyses performed here.The vertical component seems to considerably modify the axial load levels in the shear walls on all stories.     

地震波传播的三维伪谱和高阶有限差分混合方法并行模拟

基于交错网格伪谱法和高阶精度有限差分方法,发展了模拟非均匀介质地震波传播的三维伪谱和有限差分混合算法.该方法在两个水平方向利用交错网格伪谱算子计算空间微分,保留了该方法高效、高精度的优势,在垂直方向采用交错网格高阶精度有限差分算子实现空间微分计算．利用有限差分方法的局部性特征,将三维计算区域在垂直方向上划分为一系列子区域,并分配给不同的处理器,实现了在并行计算机集群上的三维并行计算．通过模拟算例,与离散波数法比较,检验了该算法的精度．为了检验该方法的实用性,在64个处理器上,对三维沉积盆地模型进行了67108864个网格点的并行计算,模拟的波场主频率为1.25Hz,讨论了沉积盆地深度对三维沉积盆地地面运动的影响．      

三维复杂山谷地形SV波垂直输入地震反应分析

本文基于显式有限元法研究了地震波垂直入射时三维复杂山谷地形对地震地面运动的影响,在数值分析中应用了三维化二维的解法和黏弹性人工边界的处理方法,实现了地震波垂直输入下三维复杂场地地震动数值模拟,并验证了该方法的合理性.以四川桃坪地区一山谷地形作为研究对象,基于地表高程数据分别建立了二维和三维场地模型,对比研究表明:在复杂地形情况下考虑二、三维模型时具有明显差异,三维模型能更真实地反映地形变化对地震动的影响,复杂地形条件下有必要考虑三维实际场地模型.本文对边界自由场的处理方法也可用于处理三维复杂场地地震动斜入射问题,为三维复杂地形场地地震效应研究提供参考.     

An alternative construction of normalized seismic design spectra for near-fault regions

This paper presents a methodology for constructing seismic design spectra in near-fault regions.By analyzing the characteristics of near-fault pulse-type ground motions,an equivalent pulse model is proposed,which can well represent the characteristics of the near-fault forward-directivity and fling-step pulse-type ground motions.The normalized horizontal seismic design spectra for near-fault regions are presented using recorded near-fault pulse-type ground motions and equivalent pulse-type ground motions,which are derived based on the equivalent pulse model coupled with ground motion parameter attenuation relations.The normalized vertical seismic design spectra for near-fault regions are obtained by scaling the corresponding horizontal spectra with the vertical-to-horizontal acceleration spectral ratios of near-fault pulse-type ground motions.The proposed seismic design spectra appear to have relatively small dispersion in a statistical sense.The seismic design spectra for both horizontal and vertical directions can provide alternative spectral shapes for seismic design codes.     

长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥多维地震反应分析

结合长联大跨连续梁桥的特点,以1座(65+123+156+123+10×90+55)m长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥为背景,建立了全桥三维有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了地震动输入模式、地震动强度、摩擦摆支座参数对该桥内力、位移和能量响应的影响。研究结果表明:(1)长联大跨连续梁桥布置摩擦摆支座,可有效延滞固定墩顶有效主梁质量效应,实现全桥协同抗震。大部分地震能量可通过支座滞回耗能散耗,大幅降低了该桥固定墩地震能量耗散需求。(2)长联大跨连续梁桥减隔震设计中,建议采用水平单向+竖向地震组合进行内力设计,采用三向地震组合进行位移设计。(3)强震作用下,支座摩擦因数取0.029~0.034时该桥隔震性能最优。     

旋转地震合成及其在大跨度悬索桥中的应用

为探究旋转地震动在大跨度悬索桥中的应用,首先,从线弹性理论和功率谱角度基于随机振动理论提出了6维地震动加速度功率谱模型;其次,基于MATLAB编制旋转地震动人工地震合成程序,从反应谱角度对合成地震动进行了正确性验证和拟合精度迭代调整;最后,分析了旋转地震动与地震动入射角对桥梁结构地震响应的影响。研究表明：人工合成的地震动平动分量反应谱与实测地震动的平动分量反应谱吻合度较高;六维地震动的主梁跨中竖向位移越是三维平动地震动的3倍,而主缆轴力峰值接近2.25E+05kN,约是三维平动地震动的1.3倍;旋转地震动和地震动入射角将会加大桥梁结构的位移响应和内力响应,且会减小塔底截面和桩最不利截面的安全性。     

Shaking table tests on seismic response of steel braced frames with column uplift

Previous studies have suggested that rocking vibration accompanied by uplift motion might reduce the seismic damage to buildings subjected to severe earthquake motions. This paper reports on the use of shaking table tests and numerical analyses to evaluate and compare the seismic response of base‐plate‐yielding rocking systems with columns allowed to uplift with that of fixed‐base systems. The study is performed using half‐scale three‐storey, 1 × 2 bay braced steel frames with a total height of 5.3 m. Base plates that yield due to column tension were installed at the base of each column. Two types of base plates with different thicknesses are investigated. The earthquake ground motion used for the tests and analyses is the record of the 1940 El Centro NS component with the time scale shortened by a factor of 1/√2. The maximum input acceleration is scaled to examine the structural response at various earthquake intensities. The column base shears in the rocking frames with column uplift are reduced by up to 52% as compared to the fixed‐base frames. Conversely, the maximum roof displacements of the fixed and rocking frames are about the same. It is also noted that the effect of the vertical impact on the column associated with touchdown of the base plate is small because the difference in tensile and compressive forces is primarily due to the self‐limiting tensile force in the column caused by yielding of the base plate. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震作用下立式储液罐罐壁“象足”变形仿真分析

基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离立式储液罐有限元模型,分别进行了水平地震和竖向地震作用下罐壁“象足”变形分析。分析表明:立式储液罐罐壁“象足”变形主要是由罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏,并非强度破坏。因罐底提离导致的罐底与基础反复撞击加大了作用在罐壁上的应力,使罐壁底部“象足”变形不断发展,最终导致罐壁撕裂。在完全相同地震加速度作用下,水平地震作用比竖向地震作用罐壁更早更容易进入屈曲状态,产生“象足”变形。     

地震作用下立式储液罐罐壁"象足"变形仿真分析

基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离立式储液罐有限元模型,分别进行了水平地震和竖向地震作用下罐壁"象足"变形分析.分析表明:立式储液罐罐壁"象足"变形主要是由罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏,并非强度破坏.因罐底提离导致的罐底与基础反复撞击加大了作用在罐壁上的应力,使罐壁底部"象足"变形不断发展,最终导致罐壁撕裂.在完全相同地震加速度作用下,水平地震作用比竖向地震作用罐壁更早更容易进入屈曲状态,产生"象足"变形.