考虑坝体材料非线性的混凝土拱坝地震反应分析

本文基于可信概率水准的破坏性强震作用,针对小湾高拱坝进行了考虑坝体材料非线性的拱坝地震反应分析。在分析模型中,同时考虑了无约束域地震能量辐射效应和近域地基材料非均匀性的影响。为了实现非线性条件下的静、动力组合分析,利用显式有限元结合修正的黏弹性人工边界的开放系统时域静、动力统一分析方法进行了求解,对在自重作用下的初始静力解计算采用了动力松弛技术。     

不同场地条件下地连墙对地铁车站结构地震动力响应的影响

地铁车站多采用基于地下连续墙(简称：地连墙)的明挖施工方法,施工后地连墙作为永久结构与车站共同受力。在车站结构抗震分析中,考虑到地连墙可能对结构抗震的有利作用,出于安全储备考虑通常忽略地连墙的存在,但地连墙对车站结构地震响应的影响规律和机理仍有待深入研究。以某典型两层三跨地铁车站结构为对象,基于近场波动有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,开展有无地连墙情况车站结构地震响应特性对比研究,揭示不同场地条件下地连墙对车站结构地震响应的影响规律,阐明地连墙的影响机理。研究结果表明：地连墙具有减小车站结构总体层间位移效应,有利于侧墙和底层中柱抗震,但同时放大了顶底板与侧墙连接处的弯矩和正应力;地连墙对结构顶层中柱端部及中跨中板板端的内力和正应力的影响与场地条件相关,坚硬和中硬场地条件下具有减小效应,软弱场地下略有增大作用。上述结构响应规律的原因可归结为地连墙增加了结构侧墙刚度,降低了结构整体侧向变形,但限制了侧墙的弯曲变形,导致结构顶底板与侧墙交接处的弯曲变形和内力增大。     

基于韧性设计的一种地下框架结构抗震新体系研究

具有功能可快速恢复的抗震结构体系是结构抗震韧性设计的目标,结合浅埋地下框架结构地震破坏和失效模式的震害事例调查与分析以及抗震韧性结构设计的思想,本文提出一种可控制失效模式并具备自复位能力的浅埋地下框架结构抗震新体系。采用数值分析方法研究了传统地下框架结构体系与本文提出的新体系间的抗震能力差异以及新体系的自复位效果。结果表明:与传统的地下框架结构体系相比,新型地下框架结构体系的抗震能力显著提升,并具备良好的自复位能力,实现了结构抗震韧性设计的目标;新体系的自复位效果随轴压比的增加逐渐变差。结合算例,给出了浅埋地下框架结构自复位最大变形能力与轴压比的经验关系。     

土-结构相互作用分析中几类地震输入方式的比较

地震作用下土-结构动力相互作用的整体有限元分析需要在人工边界处输入地震动。目前可能采用的地震输入方法包括黏弹性边界自由场输入方法、自由场应力方法、自由场位移方法以及侧边界自由方法。由于采用近似人工边界条件或者未完全考虑地震自由场,上述地震输入方法均为近似方法。本文以大开地铁车站二维有限元分析为例,根据规范建议的边界位置,研究了上述地震输入方法的精度,研究成果可为土-结构相互作用分析的合理地震输入提供一定参考。     

典型土层场地随机地震反应规律分析

针对硬、中、软3种土层场地,选取历史上实测到的Ⅰ类和Ⅱ类场地的地震动记录各100条,分别调整地震动记录加速度峰值至0.1g、0.2g和0.3g,并采用一维等效线性化方法开展了场地随机地震反应研究,系统分析了地震动峰值加速度、速度和位移反应的变异性规律。主要结论为,位移和速度峰值的变异性随场地土变软而增大;位移和速度峰值变异性较加速度峰值的变异性更为突出;利用50条左右的地震动记录即可获得场地地震反应均值和标准差较为稳定的结果。     

两相介质波动问题显式有限元方法稳定性研究

基于动力反应递推计算格式传递矩阵的性质,进行了饱和两相介质波动问题时域显式有限元方法稳定性问题的研究。定义了综合考虑各种影响因素的稳定性判别指标——传递因子;研究了稳定性影响因素,包括时间步长、空间步距和渗透系数取值的作用规律;给出了方法稳定性的实用判别准则。研究结果表明:时间步长、空间步距和渗透系数取值都对饱和两相介质波动问题的时域显式有限元方法的稳定性有较为显著的影响。随着时间步长的增大,方法的稳定性降低;随着空间步距的增大,方法的稳定性增加;当渗透系数取值增大时,方法的稳定性增加。     

可液化倾斜场地的侧向扩展机制分析

针对已完成的液化水平自由场大型振动台试验,采用OpenSees有限元平台,建立了振动台试验的数值分析模型,并验证了该模型的可靠性。基于此,建立了地基整体倾斜的自由场数值模型,重点讨论了场地土体的非循环地震响应和液化侧向扩展机制。结果表明,建立的数值模型可以有效地模拟可液化场地的地震反应。倾斜场地中,可液化松砂与上覆非液化层界面处具有显著的相对位移,饱和砂土的应变累积从松砂层浅层开始,逐步向深层发展,超孔隙水压力增长和土体非循环应变累积未表现出耦合的现象,场地的中部土体控制非循环横向位移的发展。另一方面,土体液化过程中,当沿滑动面的剪切应力小于初始静剪应力时,液化侧向扩展启动。此时饱和松砂层的剪应力比在0.04～0.06范围内,略小于初始静剪应力比。此外,还发现液化诱导侧向扩展需要场地具有一定的倾斜度（大于0.5°）;土的侧向位移符合余弦分布模式;随着场地倾斜度的增大,可液化深层土对整体侧向位移的贡献更显著。     

地铁竖井施工过程中周边环境响应分析

为明晰地铁竖井施工过程中周边场地的响应,减少地铁施工风险,以长春地铁1号线自由大路车站竖井工程为背景,采用有限元软件对竖井周围场地及邻近建筑物沉降进行数值模拟。探讨了倒挂井壁法竖井施工过程中周围场地地表变形特点和机理,分析了工程中隔离排桩的作用。研究表明:衬砌水平变形与井底隆起变形是竖井开挖引起周围地层变形移动的主要原因;设置的隔离排桩阻断了上部地基的变形传递,降低了竖井开挖施工对周边建筑物地基的累积沉降及差异沉降量的影响。最后,对隔离排桩桩长设置进行了探讨。研究成果对类似相关工程的设计与施工具有借鉴意义。     

饱和土动力方程全显式有限元法在OpenSees中的实现与应用

饱和土的动力响应一直是土动力学重点关注的问题,尤其是在循环荷载作用下饱和砂土容易发生孔压升高、强度降低的液化现象。同时,采用有限元法求解尺寸较大的实际饱和土场地,巨大的自由度数往往造成整体系统的计算效率极低,制约着饱和土数值方法的发展。因此,基于已提出的u-p(u为固相土骨架位移,p为孔压)饱和两相多孔介质动力方程的全显式有限元法,将其嵌入Open Sees开放性平台中,并利用软件自带的饱和多孔介质单元和本构模型,实现了高效、显式计算饱和土的动力响应。通过计算二维弹性饱和土动力响应,与Newmark法的计算结果对比,两者结果吻合较好,验证了嵌入算法的正确性。将提出方法计算非线性自由场海床土的地震响应问题,有效模拟了海床土的液化过程和失效模式以及发生的侧向变形,同时说明了提出方法在计算效率方面具有的显著优势。     

有缝拱坝-地基系统非线性地震波动反应分析方法

拱坝坝体中缝界面在地震作用下的开、合模拟对拱坝地震反应有重要影响。目前在拱坝地震反应分析中应用的一些模型,如Ｆｅｎｖｅｓ模型、Ｄｏｗｌｉｎｇ的三参数模型,存在对缝界面的接触状态模拟精度不高的问题,这对于准确评价工程上关心的缝界面最大张开率是不足的。此外,坝基中存在的断层、节理、裂隙待软弱夹层的非线性力学特性和无限地基能量辐射作用对拱坝地震反应也有重要影响。在拱坝地震反应分析中同时考虑这三种影响因素