近场地震作用下考虑二阶效应的混凝土框架抗震分析

利用钢筋混凝土柱的试验结果,验证OpenSees程序用于钢筋混凝土结构非线性分析的可行性。以此为基础,对钢筋混凝土框架结构在远场地震、近场非脉冲地震与近场脉冲地震作用的性能进行非线性时程分析,研究框架结构在三类地震作用下的反应以及二阶效应对结构反应的影响。针对近场脉冲地震对结构进行增量动力分析(IDA)和易损性分析,分别得到结构的IDA曲线、易损性曲线和近场脉冲地震作用下二阶效应对结构抗震性能的影响。分析结果表明,在三类地震作用下,近场脉冲地震导致的二阶效应对结构抗震性能的影响最为显著,结构抗震设计中宜考虑二阶效应的影响。     

超大跨度斜拉桥考虑行波效应的地震动随机响应研究

斜拉桥地震反应不同于其它桥型,具有明显的空间耦合效应.利用有限元理论对苏通长江公路大桥的空间抗震性能进行分析,重点研究行波效应对结构响应的影响,并与一致激励计算的结果进行比较,为大跨度斜拉桥抗震分析采用随机方法提供了一定的参考依据.研究结果表明,行波效应对斜拉桥结构内力有显著的影响,大跨度斜拉桥抗震性能分析必须考虑行波效应.而行波效应的影响与结构自身动力特性、视波速、构件位置及研究响应类型(位移与内力)相关.     

考虑水流-结构强耦合作用的水流动力效应分析

在深水桥墩及桩基础等结构地震反应中,地震激励下的水流动水压力对水中结构的作用以及结构位形变化对水体的反作用,属于典型的流固强界面耦合问题。以一顶端伸出水面的圆柱式结构为研究对象,基于任意拉格朗日-欧拉描述的Navier-stokes方程,建立了考虑水流-结构强耦合效应的水流-结构三维有限元模型。以正弦位移波输入,考察结构材料模量、水流流速和水位、激振频率和位移幅值等多种因素,分析了结构表面作用的动水压力反应特征以及水流动力效应,探讨了水流动力效应的主要影响因素。结果表明：考虑流固强耦合作用时,结构表面作用的动水压力及其分布具有强烈的频率依赖性,高频激励可显著增强动水压力作用;由于结构周围流体具有一定的粘滞性及动载作用下具有较强的辐射阻尼效应,水流动力效应对结构的位移、内力反应均有一定的抑制作用;激振频率、水流流速和水位以及结构材料模量等因素,对水流动力效应均有一定的影响。     

太和殿基座对上部结构抗震性能影响分析

故宫太和殿是中国古建筑的典型代表,其基座由台基和高台组成。为有效保护古建筑,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例,研究古建基座对上部结构抗震性能影响。基于太和殿基座、浮搁柱底、榫卯连接、斗拱等构造特征,建立两种有限元模型:不考虑基座/考虑基座。通过模态分析,研究基座对太和殿上部结构自振特性的影响;通过Ⅷ度常遇地震作用下的谱分析,研究基座对太和殿上部结构内力、变形分布及峰值的影响;通过Ⅷ度罕遇地震作用下的时程响应分析,研究基座对太和殿上部结构加速度和位移响应的影响。结果表明:考虑基座后,太和殿结构基频减小,主振型参与系数增大;Ⅷ度常遇地震作用下,太和殿结构木构架的变形及主应力峰值略有放大,墙体所受内力减小;Ⅷ度罕遇地震作用下,太和殿典型部位的木构架加速度、位移响应有不同程度放大。因此基座对太和殿上部结构动力放大作用不可忽略。     

考虑不同固定条件的核电设备多维地震响应振动台试验研究

在核电站中:核电设备通过不同的固定条件与结构相连,地震作用时设备与结构动力相互作用复杂,为分析核电设备多维地震响应并鉴定其抗震性能,进行了考虑不同固定条件的核电设备多维地震响应振动台试验研究。振动台试验进行了5次运行基准地震和1次安全停堆地震的动力时程激振,以及试验首末2次动力特性测试。试验结果表明:不同固定条件会影响核电设备多维地震响应的加速度峰值、反应谱特性和动力放大系数,与设备直接固定于振动台相比,将核电设备悬挂固定于剪力墙再与振动台连接的固定条件,改变了设备反应谱特性,且放大了响应的加速度峰值,具有显著的动力放大效应,使核电设备多维地震响应更为强烈。因此,对此类固定条件的核电设备,在产品设计及安装固定时要充分考虑动力放大效应,以提高设备的抗震韧性。抗震试验前后,核电设备功能运行正常,结构完整性好,抗震性能满足要求。     

近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR （sway-rocking）模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。     

水体质量对大型梁式渡槽横向抗震性能影响研究

通过对流固耦合动力作用简化方法的研究,用等效的弹簧-质量系统来模拟流体与渡槽结构的动力相互作用,并对某渡槽进行了多种地震波作用下的抗震性能分析,得到了大型梁式渡槽结构的自振特性、地震响应。结果表明:槽内大质量水体对渡槽的横向地震响应有较大的影响,若不考虑槽内的水体将低估渡槽的地震反应;但因水体的晃荡作用减小了水体自身的地震反应,若将水体视为刚体附加到槽体上将严重地夸大水的地震惯性力作用。     

城市轨道交通大型地下空间结构抗震性能分析

以某城市轨道交通大型地下空间结构工程为背景,研究和分析大型地下空间结构在设防地震和罕遇地震作用下的结构抗震性能。利用MIDAS/GTS大型有限元程序建立三维动力模型,采用时程分析法,获得了结构的变形和内力响应,分析了结构的层间位移差、层间位移角和结构静动力力学特性。基于场地条件下的大型地下空间结构,在设防地震下顶底板处层间位移差最大值为12.00mm,位移角最大值为1/20831/550;在罕遇地震下顶底板处层间位移差最大值为21.82mm,位移角最大值为1/11451/250,总体上满足结构变形要求。研究结果表明:对于大型地下空间结构,在进行结构设计时,除了静力计算工况,应综合考虑抗震工况,开展三维动力时程分析,以便全面掌握其抗震性能;在地震作用下,结构顶板、侧墙和底板等某些部位的内力值较静力计算工况大;大型地下空间主体结构开口处为薄弱环节,应在设计中进行相关加固措施考虑。     

考虑P-Δ效应的桥梁地震反应分析与设计

要实现基于性能的抗震设计理念,重要的一环为简单而准确地确定结构地震需求。P-Δ效应会使桥墩产生二阶内力和变形,在弹性状态下已有可靠的分析方法,但在地震作用下还没有得到充分的研究。本文在对地震作用下考虑P-Δ效应的现有分析和设计方法进行总结的基础上,进行了单墩体系地震作用下的动力P-Δ效应非线性时程统计分析,回归得到了P-Δ效应的位移增大系数和强度提高系数公式。研究表明,塑性反应的结构P-Δ效应与弹性反应阶段有很大差异,将弹性范围研究结果简单延伸到塑性阶段是不合适的。现有理论公式预测的位移增大系数和强度提高系数在工程上容许的P-Δ效应影响范围内均小于实际统计均值,精度不能满足基于性能抗震设计的要求。本文得到的回归公式与有限元分析结果较为吻合,可为基于性能的抗震设计提供参考。     

用增量动力分析方法求解人字形中心支撑钢框架的结构影响系数和位移放大系数(Ⅰ)——方法

结构影响系数是基于强度的抗震设计中确定设计地震作用的关键,也是基于性态抗震设计理论的基础。位移放大系数则是根据结构的弹性位移估算弹塑性位移的关键参数。本文采用增量动力分析方法求解结构影响系数和位移放大系数,并结合具体算例详细说明了基于增量动力分析求解结构影响系数和位移放大系数的实施步骤。该方法能反映结构的动力特征,并能考虑高阶振型对结构抗震性能的影响。     

多层古建抬梁式木结构振动台试验研究

以故宫博物院雨花阁为例,通过振动台试验获得了其在不同强度地震作用下的结构动力响应和震害现象。基于震害与试验数据分析结果指出:试验模型主体结构在强地震作用下无明显震害,但楼层动力放大效应明显,塔顶出现鞭梢效应,底层相对位移较大,位移敏感型和加速度敏感型非结构构件文物均存在地震安全隐患。随着地震动输入的增加,榫卯节点的材料塑性损伤和松动效应增加,结构连接刚度减弱,榫卯的耗能能力增强。这引起基频的逐渐降低和等效阻尼比的增加,等效阻尼比的增加减小了结构的动力反应,提高了木结构的抗震性能。     

双向地震作用下互通式斜交桥梁地震响应及碰撞效应分析

斜交桥梁由于其不规则的结构形式使其受力规律与规则桥梁相比具有特殊性和复杂性,在地震作用下梁体的平动与转动存在弯扭耦合效应,导致结构动力响应分析复杂。针对斜交桥梁的结构特点,建立包含桩土相互作用的三维有限元模型,在考虑水平双向地震作用下,采用反应谱法及时程分析法对京包高速公路某互通式斜交桥梁进行地震反应分析。结果表明:互通式简支斜交桥梁的地震响应受地震动输入方向的影响较大,在考虑碰撞效应后,碰撞涉及结构部位的地震位移显著增加,地震内力也出现较大差异,即说明在斜交桥梁抗震设计时有必要适当考虑地震动输入方向和梁端与墩台及相邻梁端的碰撞效应。     

两次地震作用下RC框架结构抗震能力分析方法研究

为研究钢筋混凝土(RC)框架结构在两次地震作用下的抗震能力,给出了一种考虑两次地震作用的结构分析方法。首先采用动力时程分析,得到第一次地震作用下结构的顶点位移,并将其作为目标位移;然后采用静力往复加载方式对结构加载到该目标位移并卸载到零,然后反向加载到结构能力极限(即结构倒塌时的顶点位移),并对反向加载曲线进行坐标变换作为结构经历一次地震后的能力曲线,用此能力曲线对结构进行Pushover分析,得到结构经历两次地震后的损伤状态与抗震能力。利用所提方法对某3层典型RC框架结构进行分析,得到了其在两次地震作用下的抗震能力曲线与损伤状态。结果表明:连续两次地震作用下,RC框架结构损伤累积效应明显,与单次地震作用相比,其损伤水平提高较大,对本文结构来说提高约30%。因此,目前仅考虑单次地震的设计理论与方法是不完备和不安全的,建议在设计时提高结构的抗震设防水平。该文方法、结果与结论可供结构抗震设计、结构抗震分析等工作参考。     

海底地震动作用下近海桥梁地震响应研究

以某近海大桥引桥段连续梁桥为工程背景,建立考虑海底地震动特性和腐蚀效应的近海桥梁地震反应分析模型。采用增量动力分析方法分析腐蚀效应以及海底地震动作用对近海桥梁地震响应的影响。研究结果表明:腐蚀效应与海底地震动作用都会不同程度影响近海桥梁结构的抗震性能。其中:腐蚀效应会增大近海桥梁的破坏指标,降低最大墩底剪力和弯矩值,从而降低桥梁的抗震性能;海底地震动作用会增大近海桥梁的破坏指标及最大墩底剪力、弯矩值;在2种因素耦合作用下,桥梁的抗震性能将会进一步降低。     

近场水平、竖向地震共同作用下地基-基础-RC框架结构抗震性能研究

本文运用SAP2000对一10层钢筋混凝土框架结构在双向地震作用和单向地震下,考虑土-结构相互作用并计入重力二阶效应影响和不考虑二阶效应、采用刚性地基假定的情况分别进行动力时程分析,对比研究该结构抗震性能的变化规律。然后针对竖向地震作用展开进一步研究,探讨地震波的竖向和水平PGA比值对结构地震响应的影响规律。研究表明:(1)近场双向地震作用下,采用刚性地基假定,分析得到的结构地震响应比考虑土-结构相互作用时小,偏于不安全。(2)近场双向地震作用下地基-基础-RC框架结构的地震响应比单向地震作用时大,且随着场地土变软,不利影响增大,表明竖向地震作用不容忽视。(3)近场地震中,考虑土-结构相互作用的情况下,结构抗震性能在地震竖向和水平PGA比值为0.6左右时所受影响最小,比值为0.7左右时所受影响最大。     

波浪与地震对小尺度桩柱的共同作用研究

本文以某一实际平台桩柱为例,对其进行波浪作用以及波浪与地震共同作用研究。依据我国海港水文规范JTJ213-98、DNV的环境条件和环境荷载规范以及API的相关规范[1-3],对波浪荷载的计算采取不同的简化处理方式,从而分析流体的附加质量效应和流固耦合效应在不同工况下对桩柱结构响应的影响,并分析了该影响随工作水深和波浪参数的变化规律。结果表明,两种工况下流体的附加质量效应和流固耦合效应对桩柱响应的影响趋势并不相同,当进行波浪与地震共同作用分析时,有必要考虑流体附加质量效应和流固耦合效应对结构响应的影响。     

组合基础隔震结构双向地震反应分析

本文采用双向耦合恢复力模型模拟组合隔震系统中隔震支座的双向耦合效应,对组合基础隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分析,分析表明在水平双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在水平双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时支座的最大位移,因而应考虑水平双向地震作用对组合基础隔震结构地震反应和隔震支座性能的影响。     

考虑进洞高程效应的黄土隧道洞口段地震动力响应特征研究

通过大型振动台模型试验并采用Midas-GTS有限元软件进行模拟计算,研究黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征、破坏过程和地震波在模型中的传递规律,分析影响黄土隧道洞口段地震动力响应的主要因素。结果表明:边坡沿弧形开裂面的垮塌受坡脚剪切和坡顶拉裂的共同作用;边坡会对其卓越频率内的地震波产生明显放大效应,且在1/2坡高以上放大效应出现饱和现象;隧道临空面是影响隧道洞口段地震动力响应的主要因素。考虑进洞高程效应时隧道洞口段抗震设防长度可取距洞口5倍洞径范围。振动台模型试验与数值计算在位移、加速度、应力三个响应特征上吻合较好,证明二者结果合理可靠。研究成果可为隧道工程设计和地下结构抗震理论研究提供有益参考。     

隧道爆破施工影响下地面既有高耸结构抗震性能分析

为研究地下隧道爆破施工影响下的气象塔高耸结构抗震性能的安全问题,建立隧道爆破施工地震动荷载的确定方法以及隧道施工爆破振动能量的计算方程,重点探讨了地下隧道爆破施工影响下的气象塔高耸结构的位移场分布与地震动力响应,对比分析了地下隧道爆破施工影响下气象塔不同位置的动力响应的差异。结果表明:爆破地震波属近源脉冲型破坏地震波,横波的破坏能力与其破坏能量及强度有关,高细型的气象塔结构质量和刚度突变的结构薄弱层处应力突变现象明显,顶部雷达受鞭梢效应的影响较大,爆破地震动对其动力响应的放大效应明显,严重降低了地面高耸结构的抗震性能。     

超强地震作用下深厚覆盖层场地重力坝抗震安全研究

本文通过成层状地基地震动输入计算方法得到覆盖层边界自由场运动,采用粘弹性边界,考虑地基辐射阻尼效应及坝体和地基的接触非线性,针对强震区深厚覆盖层场地重力坝开展线性和非线性动力时程分析研究,结合需求能力比DCR评估其抗震性能。由线弹性动力时程分析可知,在运行基准地震OBE作用下,重力坝坝体应力均在允许范围内,其抗滑稳定安全系数不能满足要求;由非线性动力分析可知,在OBE和最大设计地震MDE作用下,重力坝发生较大滑动位移。通过在重力坝坝体下游坝后回填土加强重力坝抗震稳定性,结果表明,下游坝后回填土可有效减小坝体滑动位移,加强其抗震稳定性。本文针对深厚覆盖层场地重力坝开展的抗震安全研究为抗震设计提供了科学依据,为强震区深厚覆盖层场地重力坝的抗震分析提供参考。