考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

考虑土-结构相互作用的上海中心大厦地震反应

采用ANSYS有限元软件建立土-桩-上海中心大厦相互作用简化模型.其中,桩土区采用等效模型,近域土体定为塑性区,用DP模型模拟;外围的土域定为弹性区,用超单元来模拟.对考虑土,桩-结构相互作用的整体结构和以刚性地基为假定的上部结构分别进行地震反应分析,并完成了比较.最后,在整体结构中提取上部结构与下部结构处的加速度反应与原地震波叠加,形成修正地震波,为输入修正地震波能考虑相互作用因素来分析相同结构的精细模型地震反应提供了条件.     

基于结构台阵记录的地震响应分析

为了研究土-结构相互作用对高层建筑地震响应数值模拟的影响．选择一栋具有地震观测记录的高层建筑（结构台阵）作为研究对象．利用Abaqus有限元软件和2009年姚安地震加速度记录,并假定了水平成层和有倾角成层的2种土介质模型．进行土-结构动力反应分析。结果表明：有倾角成层土-桩-结构相互作用模型的计算结果与观测资料相比有明显的放大现象,在NS方向体现的更加明显。这说明,就高层建筑的抗震分析而言,土介质模型对计算结果影响很大,在进行地震作用下土-结构地震响应分析时．土层模型应尽可能与真实土层相符。否则其计算结果会产生较大误差。     

土-结构相互作用下的桥墩结构地震响应

为研究土-结构相互作用下的桥墩结构地震响应问题,通过有限元数值模拟方法,利用有限元软件建立1个两跨的钢筋混凝土连续桥模型,采用时程分析法对比分析连续桥模型在不同场地条件下,桥墩结构对2种不同地震波的地震响应。证明了在进行桥墩抗震设计时,土-结构的相互作用是不能忽略的,且起到不利作用。     

基于MSC.Marc二次开发的土体静力和地震非线性分析方法

本文在MSC.M arc提供良好的用户二次开发环境下,利用用户使用的应用编程接口USER SUB.HYPELA,添加了多层土的静力Duncan-Chang本构关系模型和动力等效线性化本构关系模型,并通过两个算例验证了本文二次开发的可靠性。     

框剪结构土-结构相互作用地震反应分析

本文在全面考虑上部结构、基础及下部土体实际情况和受力特性的基础上,开发了一种平面框剪土-结构相互作用的简化分析模型。在这个模型中,利用矩阵位移法的概念,同时考虑框架和剪力墙(筒体)的协同工作原理,将上部结构简化成平面的框架-剪力墙(筒体)结构,这一模型可以很好地模拟常用高层建筑体系的弯曲特性和弯剪特性。地基土采用一块在计算平面内高度为H,宽度为B,而在出平面方向厚度为t的土体作为分析模型,并对MSC.Marc进行了二次开发,将多层土E-B本构关系模型作为子程序嵌入其中,使用E-B本构关系模型来考虑它的非线性特性,利用粘-弹性人工边界作为地基土的边界条件。用接触迭代算法考虑了桩、箱-土之间的相互作用。最后,采用本文的方法对某高层框剪建筑进行了分析,并与不考虑土-结构相互作用的地震反应分析结果进行了对比。通过算例,本文初步探讨了在土-结构相互作用模型中,考虑和不考虑桩-土间相互作用对结构地震反应的影响,并得到了一些结论,证明了本文方法的适用性。     

ABAQUS模拟土-结构相互作用时人工边界的选取

利用有限元数值模拟方法研究半无限空间中的动力响应问题时,人工边界的选取对于计算结果的可靠性与准确性有直接的影响。本文利用ABAQUS有限元软件计算土-结构地震响应,分析了选用不同人工边界对计算结果的影响。通过与远置边界自由场和土-结构模型的数值结果对比,讨论了底边界分别采用固定边界和黏性边界;侧边界分别采用固定边界、绑定边界、竖向约束边界和黏性边界时的计算误差。研究表明,利用ABAQUS软件计算土-结构动力相互作用影响时,黏性边界适合作为非刚性地基问题的底边界,固定边界适合作为刚性地基问题底边界。对于侧向边界当采用相对计算宽度较小模型时,固定边界和黏性边界无法再现自由场和土-结构响应;绑定边界和竖向约束边界可以模拟精确的自由场响应,并在动力土-结构作用分析中具有良好的性能。     

考虑土-结构相互作用的风力发电机塔架地震响应分析

利用有限单元法建立用弹簧阻尼单元近似模拟土-结构相互作用的风力发电机塔架结构模型.采用更新的拉格朗日增量有限元格式,逐步积分的Newmark法求解,通过算例分析了多维地震荷载作用下风力机塔架结构的时程响应规律,研究了P-Δ效应、竖向地震作用和土-结构相互作用的影响.分析得出:土-结构相互作用对风力发电机塔架结构的地震动力响应的影响不容忽视,在材料线弹性范围内竖向地震荷载和P-Δ效应对结构的动力特性影响较小.     

地震下考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系响应分析

本文研究了考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系在地震作用下的响应。根据实际工程,采用ABAQUS有限元软件,建立了考虑桩-土-结构相互作用效应的输电塔-线体系有限元模型。选取不同场地类型下的12条天然地震波,研究了不同地震波激励下考虑桩-土-结构相互作用效应输电塔-线体系动力响应。通过与考虑刚性基础的输电塔-线体系动力响应对比,得到了输电塔的薄弱位置,并提出了基于刚性基础的输电塔抗震放大系数,可为输电塔抗震设计提供参考。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明：考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

钢筋混凝土开洞剪力墙结构抗震非线性有限元分析

本文以钢筋混凝土开洞剪力墙结构为研究对象，建立了该类结构动力非线性有限元分析计算及该类结构静力非线性pushover有限元分析计算的基本过程，并编制了相应的计算机程序．通过与实验分析结果的比较，检验了本文动力非线性有限元分析计算方法的准确程度，验证了静力非线性pushover有限元分析方法应用于开洞剪力墙抗震非线性性能评估的可靠性。     

钢框架结构的非线性静力抗震可靠性分析:Ⅰ有限元反应及其灵敏度

作为一种随机有限元方法,有限元可靠度方法通过有限元反应灵敏度分析将结构可靠度分析的近似解析方法与结构确定性分析的有限元方法结合起来,可以有效地处理结构反应是基本随机变量的隐式函数这一难题,因此成为大型复杂结构可靠度分析的有效工具。采用基于位移的非线性纤维梁柱单元对钢框架结构进行有限元建模,推导了单元与截面的基本方程。针对基于位移的纤维梁柱单元,采用逐级递进方式,分别推导了整体级、单元级、截面级和材料级的有限元反应灵敏度直接微分表达式。研究结果可为采用FORM或SORM等近似解析法进行钢框架结构的非线性静力有限元可靠性分析提供算法支持和编程依据。     

基于ABAQUS高层剪力墙结构的有限元建模及其振动台试验验证

采用ABAQUS建立12层剪力墙结构的有限元模型,利用该结构1/5缩尺模型振动台试验时预留试块的材性试验结果及相似关系,确定相应原型结构材料的性能参数,将试验参数和我国混凝土结构设计规范给出的混凝土单轴受拉/压应力-应变关系曲线相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的应力-应变参数;将试验参数和张劲公式法相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的损伤因子参数。对比有限元分析结果和振动台试验结果,验证参数设置的有效性。ABAQUS有限元分析和振动台试验所得原型结构前三阶振型和自振周期相差很小,说明ABAQUS模型和参数设置能够反映并用于计算实际结构的弹性响应。ABAQUS有限元分析得到的结构损伤情况与试验模型的损伤情况基本一致;结构的顶点加速度曲线和滞回曲线等响应的有限元分析结果与试验结果在多遇地震作用下基本吻合,但由于振动台试验累积损伤的影响,两者的差异随着地震波幅值的增大而逐渐增大;ABAQUS有限元分析得到的位移包络曲线与剪力墙结构弯曲变形的特点相符。以上弹塑性分析结果进一步表明了ABAQUS模型和参数设置能够很好地模拟结构在地震作用下的响应。     

板柱节点在剪力和反复荷载作用下的非线性有限元分析

本文对板采用四结点分层板弯曲单元,对柱采用八结六面体等参单元,建立了钢筋混凝土板柱节点有限元非线性计算模型,编制了反复荷载下钢筋混凝土非线性有限元计算程序。文中介绍了作者进行的板柱节点在反复荷载作用下的试验结果,用试验数据合流验证了所建立的有限元程序的可靠性。文反柱中节点和边节 竖向剪力和低周反复水平茶叶工共同作用下的受力性能进行了全过程计算分析。     

大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究

探讨了以结构损伤诊断与安全评估为目标的大跨桥梁结构多尺度有限元模拟的策略与方案。在有限元模型误差来源分析的基础上,提出了大跨桥梁结构模型误差的分层次修正方法。通过对润扬长江大桥斜拉桥的有限元建模和模型修正过程,提出了大跨斜拉桥结构以损伤诊断与安全评估为目标的多尺度有限元模拟方法。研究表明,大跨桥梁结构的多尺度有限元模拟必须建立在模型误差分析的基础上,并采用模型误差的分层次修正方法才能较好的满足多尺度有限元模拟的技术要求。     

Transient analysis of 1D inhomogeneous media by dynamic inhomogeneous finite element method

The dynamic inhomogeneous finite element method is studied for use in the transient analysis of one dimensional inhomogeneous media. The general formula of the inhomogeneous consistent mass matrix is established based on the shape function. In order to research the advantages of this method, it is compared with the general finite element method. A linear bar element is chosen for the discretization tests of material parameters with two fictitious distributions. And, a numerical example is solved to observe the differences in the results between these two methods. Some characteristics of the dynamic inhomogeneous finite element method that demonstrate its advantages are obtained through comparison with the general finite element method. It is found that the method can be used to solve elastic wave motion problems with a large element scale and a large number of iteration steps.     

立式储罐动力反应谱分析

采用有限元方法对工程上常用的储罐进行了有限元分析。给出了相应的建模方法和有限元分析方法,结果与理论计算值进行了比较,证明该模型和采用的求解方法是可靠的。在此基础上进行了模态响应分析及动力反应谱分析,得出了储罐内力及变形值,与规范计算结果进行了比较。为今后储罐的工程设计提供了可靠的参考依据。     

预应力蛋形消化池流固耦合有限元分析

与圆柱形储液罐相比,预应力蛋形消化池中流体与固体交界面呈弧形面,且结构横截面为变厚度,这就带来了有限元分析的困难。结合厦门市蛋形消化池的结构设计,采用三维有限元技术对预应力蛋形消化池有限元模型进行了整体的静力、动力分析,分析了蛋形消化池中盛有水体时结构的自振频率及在地震载荷作用下的动应力,与国内首次模拟地震振动台试验结果进行了比较,两者符合良好,表明该有限元计算模型是合理的,可以应用于类似特种结构。     

钢筋混凝土带暗支撑低矮剪力墙非线性有限元分析

在试验研究基础上，采用ANSYS有限元分析程序，对钢筋混凝土带暗支撑低矮剪力墙在单向加载下的性能作了非线性分析，从理论计算角度进一步了解其在水平荷载作用下的开裂，变形及破坏全过程，有限元分析与试验结果符合较好。     

H-adaptivity applied to liquefiable soil in nonlinear analysis of soil–pile interaction

This paper is concerned with application of the h-adaptive finite element method to dynamic analysis of a pile in liquefiable soil considering large deformation. In finite element analysis of pile behavior in liquefiable soil during an earthquake, especially considering large deformation of liquefied ground, error due to discretization in the zone near the pile becomes very large. Our purpose was to refine the approximation of the finite element method. The updated Lagrangian formulation and a cyclic elasto-plastic model based on the kinematic hardening rule were adopted to deal with the nonlinearity of the soil. The mixed finite element and finite difference methods together with the u-p formulation and Biot's two-phase mixture theory were used. To improve the accuracy and increase the efficiency of finite element analysis, an h-adaptive scheme that included a posteriori error estimation and h-version mesh refinement was applied to the analysis. The calculated results of effective stress were smoothed locally by the extrapolation method and smoothed stress was used to calculate the L₂ norm of the effective stress error in the last step of the calculation of each time increment. The mesh was refined by a fission procedure based on the indication of the error estimate As a numerical example, a soil–pile interaction system loaded cyclically was analyzed by our method.