随机地震作用下隧道结构抗震可靠度研究

地震引起的地面运动是非常复杂的随机过程,具有时间和频率非平稳的特性。用确定性方法对隧道结构抗震性能的评价未能考虑地震动的随机性。本文提出采用概率密度演化法计算隧道结构在随机地震作用下变形响应的概率分布,并引入变形指标计算其在随机地震作用下的可靠度以评估抗震性能。首先根据概率守恒原理的随机事件描述建立概率密度演化方程;其次,根据相应的初始条件与边界条件,采用总变差不增(TVD)格式的有限差分方法求解方程;最后求和得到隧道结构变形指标的概率分布并依据指标限值给出可靠度。结果表明,在随机地震作用下,隧道结构变形响应的概率分布与地震动强度随时间变化规律一致。采用不同变形指标计算得到的可靠度存在差异,直径变形率对应的结构可靠度为0.752 1,隧道倾斜角对应的结构可靠度为0.875 0。     

三向地震作用下砌体结构抗震性能研究

本文首先介绍了两个砌体结构模型在三向地震作用下的地震模拟振动台试验，在此基础上，运用参数识别技术，对试验数据进行了参数识别计算，最后，分析了三向地震作用对砌体结构抗震性能的影响。     

地震作用下钢框架高层结构的抗震性能研究

钢框架高层建筑结构是当前高层建筑设计中使用最为广泛的技术,为提升其抗震性能,本文研究将调谐质量阻尼器安装在钢框架高层建筑结构顶部,考虑到建筑空间需求、防止集中荷载和提升控制效果等因素,在相同楼层或同顶部接近楼层中设置数个较小的、频率一致的子控制装置,通过设置调谐质量阻尼器受控结构等效阻尼比求极值的方法,获取最优刚度与最优阻尼系数;将获取的结果在有限元软件中进行模态分析获取模态质量,实现钢框架高层建筑结构扭转振动的减振控制。实验结果表明,地震荷载下,该方法使得建筑结构顶层角位移峰值和角加速度峰值分别降低50%和30%左右,建筑结构响应下降19%～26%,提高了高层建筑结构的稳定性。     

地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究

随着城市轨道交通系统,尤其是地铁的大规模建设,城市轨道交通系统的安全问题已经成为重中之重。地铁系统要在长时间的运行周期内保证安全,就必须具有良好的抗震性能。对于地下结构抗震问题,模型试验和数值计算是必不可少的两种手段,合理且简便的抗震设计方法是研究所要达到的目标,而地下结构周围土体材料的非线性动力本构模型是研究中的难点。本文对地下结构的地震反应规律和抗震设计方法进行了深入研究,取得了如下研究成果:(1)土的本构模型。根据Hardin和Drnevich提出的土体动应力-应变关系曲线以及其在非等幅往返荷载作用下的Pyke修正,结合Dafilias和Popov等人提出的边界面理论,构造了基于Hardin曲线的土体边界面本构模型,并在ADINA中利用自定义材料的二次开发实现了该本构模型。(2)二维有限元动力计算。采用Opensees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析,并通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比,分析了各因素对可液化场地地震反应的影响;然后对饱和砂土中带中柱箱型隧道的地震反应进行了输入不同幅值地震动时的动力计算,分析了场地和结构的加速度反应及其频谱特性、场地的永久变形、隧道的变形和位移、以及隧道的内力分布,揭示了可液化土层中箱型隧道的地震反应规律和震害机理。(3)饱和砂土中地下结构地震反应振动台试验。完成了饱和砂土中地下结构地震反应的振动台试验,从孔压、土层加速度、土层频谱、地下结构加速度、地下结构频谱、动土压力和地下结构应变等方面分析了试验结果,并观测了宏观的试验现象,分析了饱和砂土场地以及其中埋置的地下结构的地震反应规律。(4)三维有限元动力计算。在Opensees计算平台中建立了穿过饱和砂土和粘土分界面箱型隧道的三维有限元模型并且进行了动力数值计算,对比分析了分界面两侧的土层和隧道的地震反应,此外,亦分析了沿隧道纵向地表竖向位移、隧道变形和隧道内力的分布,揭示了饱和砂土和粘土对隧道地震反应的不同作用,探索了穿过饱和砂土和粘土分界面的箱型隧道的地震反应规律和震害机理,对实际工程建设中此类隧道的抗震研究具有重要意义。(5)地下结构横截面抗震设计方法。详细介绍了反应位移法的原理和具体内容,以动力时程计算的结果作为参照,比较了几种地基弹簧参数取值方法计算结果的准确性;然后在反应位移法的基础上提出了大震下地基弹簧参数取值的非线性修正,并对其计算结果进行了验证;最后又依据地基弹簧参数取值的非线性修正,进而提出了基于反应位移法的地下结构简化pushover分析方法,并根据一具体算例对其计算结果进行了验证。(6)地铁隧道纵向抗震设计方法。介绍了几种常见的隧道纵向抗震设计方法,例如,BART法、质点-弹簧模型法和反应变位法等;然后将桩-土相互作用的p-y曲线弹簧引入到了地铁隧道的纵向抗震设计中,建立了超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型,并且通过对该模型的Pushover分析给出了地铁隧道的一种纵向弹塑性设计方法;最后通过多点激励对超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型进行了动力数值计算,得到了隧道纵向内力和变形的一些规律。     

地下结构抗震计算地基弹簧系数取值方法研究

荷载-结构模型是地下结构抗震计算中常采用的模型,模型中地基弹簧系数的确定是关键。为了简便、可靠地计算地基弹簧系数,在已有基床系数计算公式的基础上,建立了地基弹簧系数的经验计算公式,以有限元分析结果为数据基础,对公式的系数进行拟合,将公式拓展用于成层土体。选取算例验证了建议公式的合理性和准确性,分别采用建议公式、日本抗震准则公式以及有限元法计算了某地铁区间站结构的地基弹簧系数,并对在此基础上计算所得的地震作用下结构的内力进行了对比分析。     

地震作用下输电塔线耦联体系导线减震作用研究

为了研究输电线在地震动过程中质量效应和非线性振动效应对塔体减震的作用,以皖电东送淮南-上海输变电工程为背景,设计了单塔模型、单塔悬挂等效集中质量块模型和塔线体系模型三种缩尺试验模型并进行了振动台试验。通过分析试验结果我们认为:考虑导线的质量效应后,塔体在地震动作用下的结构动力响应有所降低,并且输电线质量效应对于垂直线路方向的减震效能明显优于顺线路方向;考虑输电线的非线性振动效应之后,塔体在地震动作用下的结构动力响应在质量效应减震的基础上有了进一步的减小,并且地震动幅值越大,输电线非线性振动效应导致的塔体减震效果也愈明显。     

多向地震和多轴力系联合作用下结构构件的抗震设计

按反应谱方法进行结构构件的抗震设计时,对于三向地震分量作用的情形通常按平方和开方的方法进行组合来确定设计地震作用。梁、柱等结构构件一般承受着轴力和两方向弯矩等多种力系的联合作用,按平方和开方方法求得的轴力和弯矩代表三向地震作用下构件中有可能发生的轴力和弯矩的最大值,在N,Mx,My空间中形成一六面体的表面。但是轴力和弯矩的最大值一般不可能在同一瞬时发生,据此进行抗震设计将偏于保守。根据谷普达的研究,实际的极值包络在N,Mx,My空间形成一位于六面体内部的椭球体,因此建议了根据椭球体表面点进行N,Mx,My组合的设计工况方法。作者根据自己在建筑结构设计工作中的实践,研究了通过试算选择较为不利的设计工况,以及根据设计工况中的力系N,Mx,My进行组合求得断面中最不利的地震应力分布等,从而对这一问题取得了更为深入的认识。     

基于位移的抗震设计中结构设计承载力的取值研究

合理的设计承载力取值能确保结构满足各性能水平的承载力需要。本文将多自由度结构等效为相应的单自由度体系,并假定单自由度体系为理想弹塑性体;根据结构各性能水平的目标位移,由能力谱法确定相应的实际承载力需求,取其中最大值作为结构实际承载力需求;引入超强系数定义结构实际承载力与设计承载力的比例关系,进而由实际承载力需求除以超强系数得到结构设计承载力,以此为依据对结构构件进行截面承载力设计,确保了结构能够满足性能目标要求。通过例题说明了本文方法的计算过程,并由静力弹塑性分析验证了其可行性。     

特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期取值研究

特征周期是抗震设计反应谱的重要参数,开展特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。对美国、日本等世界范围内的1448 条Ⅲ类场地水平向强震记录进行了统计分析,结果表明震级、震中距对特征周期有较大影响;强震记录特征周期的80%分位数结果约为0.9s。对全国近年来已通过评审的312 个Ⅲ类场地的地震安全性评价结果进行了统计分析,70%分位数的特征周期为0.9s。结合相关规范的对比分析,建议特高压电气设备抗震设计反应谱的特征周期取0.9s,可有效保证特高压电气设备的地震安全。     

特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期取值研究

特征周期是抗震设计反应谱的重要参数,开展特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。对美国、日本等世界范围内的1448条Ⅲ类场地水平向强震记录进行了统计分析,结果表明震级、震中距对特征周期有较大影响;强震记录特征周期的80%分位数结果约为0.9s。对全国近年来已通过评审的312个Ⅲ类场地的地震安全性评价结果进行了统计分析,70%分位数的特征周期为0.9s。结合相关规范的对比分析,建议特高压电气设备抗震设计反应谱的特征周期取0.9s,可有效保证特高压电气设备的地震安全。     

某1.5MW风电塔振动台缩尺模型设计

风电塔是一种顶部有较大偏心质量的高耸薄壁悬臂结构,以某1.5MW水平轴三叶片风电塔为研究对象,重点关注风电塔振动台试验缩尺模型设计。根据量纲分析理论和相似条件,基于模型质量分布和刚度分布等效原则,设计模型塔筒截面及附加质量,保证模型与原型结构自振频率和振型相似。通过对比分析模型动力特性测试结果与原型实测结果,验证了该模型设计方法的合理性,可为同类型风电塔振动台试验设计提供参考与依据。针对该柔性对称高塔模型在动力特性测试中出现的正交耦合振动及拍振现象也进行了详细阐述。     

我国的抗震设防标准及其设计参数取值

我国的抗震设防标准及其设计参数取值汪颖富（中国建筑西南设计研究院）一、抗震设防标准我国新的各种结构设计规范和世界一些国家一样，采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法￣［１］。国家标准（ＧＢＪ１１－８９）也符合世界公认的抗震设计原则，即“小震不坏，大...     

地震序列作用下桥梁结构的响应及抗震措施

地震具有丛集的特征,主震发生之后通常伴随余震,主震震级越高,余震对结构的破坏越大。桥梁结构作为生命线工程中的重要一环,应在整个地震序列发生时确保通行。选用集集地震序列时程数据,对桥梁进行地震响应分析,发现结构在主震作用下,主梁发生落座,余震作用下有落梁的可能。结合国内外现有的连梁装置设计方法对结构布设抗震措施,并与初始结构的地震响应作对比,结果显示,连梁装置可有效抑制桥梁上、下部结构相对位移,提高结构抗推能力与整体性。因边墩负荷增大,主震激励下边墩发生了塑性破坏,余震序列作用下结构仍保安全。分析结构地震序列作用下的抗震性能,以保证结构在地震时的通行能力,这是非常必要的。     

远场长周期地震下基于规范设计隔震结构的抗震性能研究

隔震结构具有较长自振周期,且容易受地震动长周期特性的影响,因此其在长周期地震动作用下的抗震性能值得研究。以某基于规范设计的基础隔震结构为例,通过对该结构在规范规定地震作用和远场长周期地震作用下的地震响应进行分析和对比,研究长周期地震动对结构地震响应的影响;通过对钢筋和混凝土的损伤状态进行定义和标识,探讨长周期地震作用下基础隔震结构的损伤分布规律。研究结果表明,长周期地震动作用下隔震结构发生破坏的概率远大于具有相同峰值地面加速度的普通地震动,其中长周期地震动反应谱的谱峰值"后移"被认为是造成这种情况的主要原因,且长周期地震动作用下隔震结构的损伤分布并不均匀,其主要集中在结构的底层。     

多点地震激励对大跨度结构抗震设计的影响

以上海浦东机场(二期)候机楼为例,讨论了大跨结构多点激励效应对结构抗震设计值的影响。文中首先进行了结构静力荷载作用下的反应分析,并与上海浦东机场(二期)候机楼在一致激励下的地震反应相组合,得到一致地震作用下结构抗震设计值;然后根据工程场地二维地震动场反应分析结果,进行了上海浦东机场多点输入下的地震反应分析,将其与静力反应组合得到多点地震激励下结构抗震设计值。考察在一致输入和多点输入下得出的抗震设计值之间的差异,分析了不同的地震激励方式对控制结构抗震设计值以及结构动力位移和加速度值的影响。研究结果表明:多点地震输入对浦东机场二期工程候机楼的抗震设计影响较大,特别是对承力柱的影响最大,可以使一些柱的控制截面内力的抗震设计值比一致地震输入时的数值增大10～50%,同时使另外一些柱的控制截面内力的抗震设计值减小40%左右。因此,为合理地进行这类结构的抗震设计,在结构抗震分析中考虑地震动的多点输入的影响是非常必要的。     

基于性能的结构抗震设计研究

介绍了结构抗震性能水准的划分、抗震性能目标的确定以及常用的基于性能的抗震设计方法。文中着重探讨了按延性系数进行结构性能抗震设计的方法和步骤，最后指出性能抗震设计方法今后的发展趋势。     

核电厂抗震设计中的两个问题及厂房结构地震易损性研究

正近年来世界各地特大地震频发,尤其是2011年3月11日日本本州东海岸附近海域的9.0级特大地震,引发的海啸造成了福岛第一核电站严重的核泄漏事故,引起了全世界对于核电站安全问题的高度关注。美国和欧洲规范进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程方面的要求。实际上,经过近20年的密集发展,全世界400多座核电站积累了8 000多堆年的运行经验,以此为基础提出了满足第二代标准的第三代核电站。而     

地震作用下多层剪切型组合结构的合理综合阻尼比取值探讨

对于组合结构,提出了一种新的基于单元瑞利阻尼模型的应变能振型阻尼比,并证明了其在特定整体阻尼矩阵下与强迫解耦法的等价性;推导了具有明确理论依据的综合阻尼比计算公式,并基于相应的应变能振型阻尼比得出了结构的刚度综合阻尼比和瑞利综合阻尼比。分别采用复振型分解法和振型分解法对算例结构进行了地震荷载作用下的弹性时程分析,结果表明,瑞利综合阻尼比对于以剪切变形为主的多层组合结构具有良好的计算精度和适用性。     

LRB基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能研究

以典型的四层、六层和八层LRB(铅芯橡胶隔震支座)基础隔震结构为研究对象,通过大量的弹塑性时程分析,对极罕遇地震作用下的地震响应特点进行了分析;采用参数化方法,研究了隔震系统的力学性能参数和上部结构屈服强度比的变化对LRB基础隔震结构抗震性能的影响.结果表明:在极罕遇地震作用下,LRB基础隔震结构上部结构首层的层间位移...     

结构抗震设计时程分析法的分析研究

文章回顾了我国抗震设计规范的演变过程,将时程分析法与底部剪力法和振型分解反应谱法进行了对比,指出了时程分析法在抗震设计计算中的地位与作用,时程分析法是能够考虑地震动三要素、地震环境、结构的非线性和能量损耗及损伤的真正动力分析方法,是比底部剪力法和振型分解反应谱法更精确、更可靠、更合理的方法,不应仅仅作为补充计算的方法,...