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     

强震作用下砌体结构倒塌过程仿真分析

四川汶川地震中大量砌体房屋倒塌,造成巨大人员伤亡。为研究和预防砌体结构震害,本文概述了多层砌体房屋的主要震害特点,研究了砌体结构地震倒塌分析方法、失效单元与结构倒塌等关键技术问题。利用动力有限元程序LS-DYNA模拟了砌体结构的倒塌过程。仿真计算的结果与真实倒塌过程吻合较好,说明通过合理选取计算参数和计算模型,可以对这种特殊的复杂破坏过程进行模拟分析和仿真。通过再现倒塌过程,发现了结构在强震作用下的薄弱环节,为提高砌体结构抗震性能研究、建立结构防倒塌机制提供了有力的技术支撑。     

基于多尺度混合有限元模型的钢框架地震时程分析

为了研究建筑结构在强震作用下的微观破坏机理以及提高建筑结构地震反应分析的精确性和可靠性,将多尺度有限元分析方法引入抗震混合试验中。根据经验将复杂结构在地震作用下表现出来的特性划分为线性,非线性以及强非线性部分,形成由宏观有限元模型模拟线性部位,微观有限元模型模拟非线性部位以及试验单元模拟用有限元单元难以模拟的强非线性部位的多尺度混合有限元模型。本文基于3层4跨Benchmark钢框架模型建立多尺度混合有限元模型进行地震反应分析。通过多尺度混合有限元模型与相应普通有限元模型之间的地震时程对比分析,验证了多尺度模型在抗震混合模拟试验中与普通有限元模型相比具有耗时相对较小同时能够得到较高精度的优越性。     

基于推覆分析的钢框架结构地震倒塌判别准则研究

结构地震倒塌判别准则是工程结构强震分析的关键问题。在层损伤模型的基础上,建立了基于推覆分析的建筑结构整体损伤模型,并以国内某2层2跨平面钢框架结构拟静力试验为背景,应用有限元程序ABAQUS对平面钢框架进行了强震倒塌数值模拟。分析了钢框架结构的倒塌破坏过程,基于建议地震倒塌判别准则研究了钢框架结构的损伤演化规律。结果表明:钢框架结构在强震作用下的损伤发展顺序与塑性发展顺序一致;基于推覆分析的结构整体损伤模型能较好的体现强震作用下钢框架结构的损伤演化规律,且在上下界处收敛;强震作用下,钢框架结构的初始损伤主要由结构的残余侧移引起,而后期损伤主要由结构的承载力和刚度退化引起。     

考虑劣化屈服老化裂纹后混凝土水库堤坝排水边坡抗震性研究

针对在水库堤坝排水边坡混凝土裂纹的抗震性研究中,未考虑岩土体抗剪强度参数的劣化屈服效应以及混凝土裂纹的老化,存在抗震性判断结果准确率较差等问题,提出水库堤坝排水边坡混凝土考虑老化后产生裂纹的抗震性能研究方法。模拟强震下边坡混凝土的开裂破坏过程,根据D-P屈服准则,实现对闸墩混凝土材料的屈服判断。采用薄层整体单元模拟和分离式裂纹单元,实现混凝土裂纹的数值模拟,加载地震波后,获取混凝土裂纹的强震响应规律与破坏特征。实验结果可知,本文方法对坝体位移变化的研究精度高,得到的混凝土裂纹扩展范围更为准。运用本文方法对水库堤坝排水边坡混凝土的抗震性研究准确率以及可信度较高,说明本文方法具有一定的可取性。     

强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析

传统的静力弹塑性分析方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应过程模拟时,存在计算结果不准确、计算用时较长的问题。提出新的强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析方法,其基于直接积分法的三种方法实施模拟分析。分别是隐式方法、显式方法以及KK模型方法。其中隐式方法和显式方法均能够对不同自由度下的高层建筑的横向晃动位移作出准确的计算,KK模型通过高层建筑Von Mises屈服面,分析高层建筑钢材Bauschinger反应基础上,精确模拟出高层建筑在横向晃动反应中的变形过程。实验结果说明,所提方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应的运算准确率和效率较高。     

考虑轴-弯-剪耦合效应的钢筋混凝土柱滞回性能研究

试验研究及震害调查发现:由于配箍不足或箍筋间距过大,地震作用下钢筋混凝土柱易发生剪切破坏,继而发生轴向破坏。采用纤维截面的钢筋混凝土梁柱单元及与之串联的剪切弹簧以及轴向弹簧考虑钢筋混凝土柱的轴-弯-剪耦合效应,其中纤维梁柱单元用于模拟柱的弯曲机制,与梁柱单元串联的剪切弹簧和轴向弹簧用于模拟剪切机制和轴向机制,并利用单轴材料模型中的Limit State Material及其相应的Shear Limit Curve和Axial Limit Curve确定材料的剪切破坏与轴向破坏失效点,最终从单元层次上定义轴-弯-剪耦合效应。为验证该数值模型的合理性,选取不同破坏形式、轴向力与水平循环往复荷载共同作用下拟静力试验的钢筋混凝土柱,借助Open Sees分析软件模拟其滞回性能。模拟结果与试验结果的对比分析表明:考虑轴-弯-剪耦合的串联模型能较好地模拟钢筋混凝土柱的强度、刚度退化及捏拢效应等,且能够反映钢筋混凝土构件在复杂应力条件下的受力性能。     

框架结构在地震作用下倒塌的离散单元法仿真分析

本文建立了适合框架结构倒塌分析的离散单元模型,并且研究了模型的破坏准则、阻尼等参数确定方法。对框架结构在地震作用下的倒塌全过程进行了数值分析和可视化仿真模拟。算例表明,本文方法是有效的,可以较正确地分析剪切型框架结构的倒塌破坏过程。     

强震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的三维仿真分析

近年来强烈地震造成的钢筋混凝土框架结构倒塌破坏日益受到关注。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对强震作用下钢筋混凝土框架结构,从弹性工作阶段到构件开裂直至倒塌破坏的全过程进行了三维非线性仿真分析,仿真结果与真实倒塌过程吻合较好。证明了框架结构底层抗震能力薄弱,由梁柱连接部位的剪切破坏引起的节点区混凝土碎裂是导致结构倒塌的主要原因。同时也说明通过合理选取计算参数和计算模型,可以成功地再现钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的全过程,从而发现其在强震作用下的薄弱环节,为揭示框架结构倒塌破坏机理以及提高结构的抗震性能提供理论分析依据。     

冲击荷载作用下混凝土破坏强度的确定及CT验证

从细观结构出发,把混凝土看作由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,建立随机骨料模型,应用损伤塑性本构,对试件进行了冲击荷载作用下的数值模拟,通过施加不同的加载方式,研究材料的损伤破坏过程,最终以位移加载得出荷载-位移曲线的峰值强度作为细观混凝土试样的破坏强度.通过对混凝土进行冲击荷载作用下的实时CT扫描,得出试件的荷载位移曲线及各个应力阶段的CT图像,发现数值模拟所得混凝土强度及破坏过程与CT观测到的结果有较好的相似性.结果表明,利用该方法研究混凝土在冲击荷载作用下的损伤破坏过程是合适的,以荷载-位移曲线的峰值点作为混凝土破坏强度点是合理的.     

基于纤维模型的钢筋混凝土结构动力弹塑性分析

采用纤维单元模型和实体单元模型对一个钢筋混凝土柱进行了动力弹塑性分析,结果表明,截面纤维模型能以很小的计算成本达到实体单元模型的计算精度,并且和试验结果拟合较好。同时,对一个3层钢筋混凝土框架结构进行的动力弹塑性分析表明,纤维单元模型能很好地解决各种非线性问题,适合于强震作用下结构整体动力弹塑性分析。     

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。     

象力在震源过程和地震短临预报中的作用

在固体物理学中,象力是指自由面吸引裂缝的力量,本文把这一概念用于不均匀地壳中,则象力可定义为地壳中任何易于变形,让位界面对裂缝的吸引力。按照这一观点,我们讨论了象力在组合模式和短临预报中的作用并得到如下结论。1.组合模式中的应力调整单元,如蠕滑断层,塑性区,裂丛区等可以近似为自由面。因而它对于积累单元预位移的传播或裂缝的传播具有吸引力。2.象力出现的标志是当传播的预位移和裂缝端部产生的动态应力场达及调整单元时,此时调整单元发生形变监产生前兆。当裂缝由深处向浅处传播,其端部的动态应力场达及自由面时,此时自由面用形变来满足自由面条件从而引起前兆。本文的讨论表明,震源两端的调整单元的同时性表明大震的发生为期不远了。因此调整单元对于预位移和裂缝的传播具有监视作用。本文以海城地震前兆特征为例讨论了这个问题。并由此认为组合模式中调整单元的象力作用比单向蠕裂断层面向震源区的传播更符合实际情况。     

电性参数分块连续变化二维MT有限元数值模拟

为了易于模拟野外复杂地形和地下任意形状地电体模型,将有限元单元网格设计为三角单元;并考虑到野外实际勘探中,地球介质的电性参数均是连续变化的情况,单元内的场值和电性参数被设计为双线性变化;推导出二维起伏地形条件下大地电磁法有限元数值模拟算法;根据单元节点主场值和线性插值形函数间的关系,计算出单元节点的辅助场值;在二维起伏地形情况下,定义TE、TM模式视电阻率和阻抗相位.4个模型的计算的结果与解析法的均方根误差小于1%,地形模拟与前人的计算结果相符,模拟倾斜界面异常体,能有效的反映出其异常形态.     

桥梁结构碰撞的理论模型及影响因素研究进展

地震作用下,桥梁上部结构之间由于发生碰撞从而导致破坏的情况越来越多。简述了桥梁上部结构之间地震作用碰撞的理论模拟方法:主要有恢复系数法、拉格朗日乘子法、接触单元法三种。其中接触单元法又包括线性弹簧模型、Kelvin模型、等效Kelvin模型、改进的Kelvin模型、Hertz模型、Hertz-damp模型、三维接触-摩擦模型及非线性粘弹性模型。通过理论分析对比各种碰撞模型的优缺点、适用范围等,并且总结了影响碰撞的因素。     

场地沉陷下PVC管抗震试验的数值模拟分析

为研究PVC管的抗震性能,依据日本学者对PVC管所做的场地沉陷下的试验布局,建立了场地沉陷下PVC管的三维有限元模型。模拟结果显示,在50cm的沉陷位移作用下,沉陷区的接口发生了转动破坏;在沉陷区与非沉陷区的过渡区域,PVC管体进入了塑性。由管体壳单元、接口单元和土弹簧单元组成的有限元模型,能比较真实地给出管体和接口的变形。试验与数值模拟结果均表明,PVC管的抗震性能较弱。     

基于混凝土细观结构的钢筋混凝土结构耐久性分析

根据观测水平的不同,混凝土的数值分析尺度通常分为宏观、细观和微观三个层次。由于混凝土各相组成材料孔隙结构的差异性,特别是荷载作用下裂缝和微裂缝的出现,进一步增加了混凝土材料的非均匀性,因此采用基于宏观均质假定的分析方法将无法模拟材料的内部结构。在细观层次上,混凝土看作由硬化水泥浆体、骨料及其界面黏结带组成的三相复合材料。基于混凝土的细观结构,本文提出了适用于物质扩散的细观格构网络模型。该模型运用Voronoi技术划分网格的随机性特点,在网络模型中随机产生裂缝的位置及方向,采用不同类型单元来描述混凝土各相组成材料的扩散性能。通过对开裂混凝土内氯离子扩散过程的数值分析表明,基于混凝土细观结构的数值分析方法是开展钢筋混凝土结构耐久性分析的有效手段。     

巴颜喀拉块体周缘几次强震对甘肃地区地震形势的影响

以青藏高原为目标,采用黏弹性体本构关系建立3D有限元模型,模拟了在印度板块持续向北推进、挤压下,巴颜喀拉块体周缘强震对邻近地区的影响.通过降低强震发生位置处单元弹性模量的方法模拟了2001年昆仑山口西MS8.1、2008年汶川MS8.0、2010年玉树MS7.1地震,计算了发生这3次MS7.0以上强震后50年内每5年的黏弹性调整过程,讨论了3次强震对祁连地震带及甘东南地区地震形势的影响,尝试开展依据区域应力调整特征判定未来强震危险区的探索试验.     

基于FENAP平台的RC高桥墩破坏过程模拟及分析

为精细模拟钢筋混凝土高桥墩在静力推覆荷载作用下的破坏过程,本文基于钢筋混凝土精细化纤维梁柱单元模型分析平台FENAP,对一实际的西部山区空心截面高桥墩进行了Pushover分析,通过对构件、截面和纤维层次的力-位移关系曲线分析,模拟了桥墩从墩底混凝土开裂、纵筋屈服到受压区混凝土压碎的完整破坏过程。并将FENAP平台与OpenSees计算结果进行对比,结果表明,FE-NAP平台可有效地模拟高墩在静力推覆荷载下的破坏过程和软化行为,具有较高的求解精度。进一步比较了不同轴压比、是否考虑约束混凝土效应及纵筋屈曲效应等因素对分析结果的影响,得出结论,轴压比和约束混凝土效应对高桥墩的破坏过程发展有较大影响,而纵筋屈曲效应影响较小,可忽略不计。     

钢筋混凝土框架结构地震破坏的计算机模拟方法

本文提出了对钢筋混凝土框架结构地震破坏进行计算机模拟的方法，在模拟的过程中，作者建立了破坏单元以及单元破坏准则，导出了切合实际的结构倒塌的判定方法，开发了计算机机动模型的自动生成和分析技术以及可视化模拟技术，为研究钢筋混凝土框架结构破坏过程提供了一个有效的方法。