复杂非均质场地条件下核电厂联合泵房抗震安全性评价分析

鉴于核电厂选址的愈发复杂多样性,合理有效地模拟复杂非均质地基条件下抗震I类物项结构的静动力耦合响应是进行抗震安全性评价的关键技术问题。以某核电厂联合泵房的实际厂址地基为背景,针对静动力分析中的边界处理问题,基于Newmark隐式积分特点和黏弹性人工边界理论,提出了一种适于静动力耦合分析求解的人工边界模型,并通过创建无厚度紧支黏弹性人工边界单元实现了所开发模型在ANSYS平台的嵌入。进而,通过联合泵房结构静力分析与极大初始时间步分析的对比,验证所提出模型的合理可靠性。最后,从结构应力、响应及地基稳定性等方面对联合泵房进行了综合评价,并就地基局部非均质的影响进行探讨。研究结果表明：实际厂址中局部捕虏体的存在对联合泵房结构的地震响应及地基安全性影响较小,且所建立模型具有较好地解决非线性动力相互作用问题的潜力。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Morison方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark—β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明：按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12．5％。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

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。     

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明：向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。     

考虑土骨架非线性的饱和土-结构相互作用分析

强地震作用下,饱和土体将进入非线性,有必要考虑非线性饱和土的地震响应以及非线性饱和土-结构相互作用问题。本文采用Biot饱和多孔介质模型,基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov模型来描述近场区域内饱和土骨架的非线性特性,并采用集中质量显式有限元方法进行分析;远场区介质假定为线弹性饱和多孔介质,通过多次透射人工边界进行模拟;结构采用Newmark隐式时步积分方法进行分析。通过自编程序实现了非线性饱和土体的地震反应分析以及非线性饱和土-基础-结构相互作用分析。通过算例,对比分析了土体非线性对饱和土体、基础和结构反应的影响。     

地震作用下结构-设备耦合体系动力相互作用研究

为了研究结构系统与设备系统的动力相互作用,设计并制作了1个由钢筋混凝土框架结构和钢结构单自由度振子组成的结构-设备耦合体系模型,并进行了振动台试验。试验测试了模型结构在不同地震波峰值加速度下的动力特性、位移反应和动应变。根据试验结果,分析了耦合系统的受力过程和破坏机理。采用ABAQUS进行有限元分析,分析了设备与结构不同质量比参数情况下,耦合模型和堆聚质量模型频率特性以及地震响应的差异。研究表明:在地震作用下会形成非线性结构-弹性设备的耦合体系;结构屈服后设备的动力放大系数小于屈服前的放大系数;耦合体系的计算频率小于堆聚质量体系的计算结果,地震响应大于集中堆聚体系,质量比越大,两者的差异也越大。     

基于Abaqus软件的并行计算集群平台构建与优化方法

根据有限元显式算法和隐式算法的特点,研究了岩土工程动力分析并行计算集群系统的硬件要求、集群系统的构建方法,构建了基于EM64T硬件构架、双路Intel Xeon处理器、Linux操作系统和64位Abaqus软件的32CPU并行计算集群平台,测试了存储子系统对集群性能的影响,比较了两种千兆以太网络作为、集群子网络的性能优化方法。以地下结构的地震反应分析为例,测试了优化前后该集群系统的计算速度,发现两种以太网络性能优化方法都可以有效提高集群计算速度。列举了该集群系统在深水桥梁基础流固耦合动力分析、地下结构地震反应分析和快速轨道交通环境振动分析中的应用,显示了该集群在显式算法、隐式算法及小规模、大规模数值计算问题中的并行计算效率,证明所构建的Abaqus数值模拟并行计算集群平台能够满足计算规模、计算精度和时效性的要求。     

显式分析方法在高层建筑弹塑性地震反应分析中的适用性研究

目前隐式方法是动力弹塑性时程分析最常用的分析方法,然而隐式方法在强非线性分析中常常存在迭代不收敛的问题,并且刚度矩阵求解消耗的存储空间随结构自由度增加呈几何级数增长。因此,在求解高层建筑这种大规模问题中,极易遭遇计算瓶颈。显式分析方法直接求解解耦的方程组,不需要迭代。本文对隐式方法和显式方法进行了对比分析,研究了显式分析方法在高层建筑弹塑性地震反应分析中适用性。实例分析表明,从计算精度来讲,隐式方法和显式方法在稳定条件下都能得到较好的精度。从计算效率来讲,对于自由度较少的结构,隐式方法计算效率较高;对于自由度庞大的结构,显式方法计算效率较高。建议在进行自由度多的高层建筑弹塑性地震反应分析时,采用显式分析方法。     

基于柱顶隔震的3层3跨地铁地下车站结构抗震性能研究

针对3层3跨框架式地铁地下车站结构抗震薄弱构件,采用在柱顶不同位置设置铅芯橡胶隔震支座的方法,建立土-地下连续墙-主体结构非线性静动力耦合相互作用的二维整体时域有限元分析模型,分析柱顶隔震支座对车站主体结构的侧向变形、地震损伤和动应力反应等结构地震反应特性的影响.结果表明,仅在抗震薄弱的顶层和底层中柱柱顶设置2层隔震支...     

波浪力对深水桥墩结构在地震和冰荷载作用下的响应影响分析

考虑到波浪力对深水桥墩地震响应和冰振响应的影响,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,通过建立深水桥墩结构有限元分析模型及动力平衡方程,对深水桥墩结构进行了波浪、冰荷载、地震3种环境激励荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的数值分析;进而对计算结果进行了比较,探讨了动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,可为今后深水桥墩抗震以及抗冰设计提供一定的借鉴和参考。     

部分预制装配式地铁地下车站结构整体抗震性能研究

文中以新型预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构为研究对象,考虑预制构件与现浇构件的叠合作用与连接设计,建立了土-地连墙-地下结构非线性静动力耦合相互作用有限元模型,通过与传统现浇式车站结构的层间位移角、结构加速度和地震损伤的对比分析,探明了该部分预制装配式地铁地下车站结构的整体抗震性能水平。结果表明:由于预制装配式构件采用高标号混凝土,使得预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构的整体抗震性能明显优于对应的传统非装配现浇式车站结构;同时,输入具有明显低频振动特性的地震动时车站结构的地震反应最为强烈;预制+现浇叠合构件的横截面上,现浇部分混凝土的地震损伤明显大于同截面预制部分混凝土的地震损伤。     

SH波斜入射时三维结构-土-结构相互作用分析

本文实现了SH波斜入射时三维结构-土-结构动力相互作用分析。半无限土体采用集中质量显式有限元结合透射人工边界进行分析;结构经有限元离散后,采用Newmark隐式积分方法进行分析;刚性基础的响应采用显式积分方法计算。通过算例,分析了相邻结构存在与否、结构间距、结构大小、结构前后位置、SH波入射角度对基础和结构地震响应的影响。结果表明:(1)SH波入射角度对结构-土-结构相互作用有较大影响,随着入射角度的增大,高频段的干涉和遮挡效应较为明显;(2)两相邻结构中,大结构对小结构的影响较大,小结构对大结构影响较小;(3)当考虑结构-土-结构相互作用时,不仅结构自身各个自由度之间的运动存在耦合,而且通过土体的联系,相邻结构的各个自由度之间也存在耦合。(4)通过地震记录或地脉动测试获取结构自振特性时,应考虑相邻结构的影响,避免混淆。     

钢筋混凝土矩形贮液结构的液-固耦合动力分析

由于液体的影响,贮液结构在地震作用下的动力响应与一般结构不同.本文采用通用有限元软件ADINA,考虑混凝土材料中钢筋的作用,探讨贮存液体表面重力波、壁板刚度、结构尺寸对系统液固耦合动力响应的影响,以及单向、双向和三向地震耦联作用下的液固耦合动力响应.结果为钢筋混凝土矩形贮液结构的液固耦舍研究提供了理论依据.     

基于黏弹性边界的二维沉积盆地非线性地震响应分析

建立弹性基岩上覆软土场地中二维沉积盆地非线性地震响应分析的有限元模型。模型截断边界定义为黏弹性人工边界,地震波动以等效结点荷载的形式输入,土体的非线性特征以等效线性法模拟,求解在频域内进行。首先,借助高精度的有限元-间接边界元耦合法,验证模型的可靠性。其次,基于某一沉积盆地开展地震动数值计算,针对其线性与非线性响应的差异性进行分析。最后,通过比较非线性条件下自由场与存在盆地地形场地的响应结果,讨论盆地局部地形对地震动的影响。研究表明,土体的非线性特征对盆地地震响应有显著影响,在盆地中心附近有可能出现非线性地震响应大于线性响应的特殊现象;与自由场相比,盆地内的非线性地震响应普遍明显放大。     

新型索承网壳结构非线性地震反应特性和参数分析

本文根据新型大跨空间杂交结构———索承网壳结构的受力特点,选用梁元、杆元和索元的混合有限元模型,给出了一种有效的适用于该类结构的非线性动力响应的增量、迭代有限元计算方法。以K8型索承网壳结构为研究对象,进行了时域内的三向地震作用下的非线性反应分析。计算结果表明,该结构具有良好的抗震性能。文中针对地震响应的主要影响参数,对其地震响应规律作了系统的研究,得出矢跨比和撑杆长度是抗震设计的主要控制参数等有应用价值的结论。     

钢筋混凝土渡槽结构地震反应数值分析

首先介绍了钢筋混凝土渡槽结构在地震荷载作用下的分析理论,根据这些理论建立了渡槽结构的动力有限元分析模型,分别采用干模态法、附加质量法和ALE法考虑渡槽结构液固耦合作用,通过具体的工程算例,对钢筋混凝土渡槽结构进行了不同工况下的数值模拟研究,包括混凝土非线性材料分析、渡槽结构静水与动水响应分析、渡槽结构自振特性分析和槽墩的能力曲线分析。研究表明,考虑固液耦合作用的渡槽实体有限元模型能较好地模拟渡槽结构地震反应,并得到相应的渡槽结构地震反应规律。     

基于CEL方法的ADS系统主容器抗震性能分析

ADS(Acceleration driven system)系统在没有传统巨大体量的核电结构保护的情况下,系统的主容器在地震作用下流体与结构相互耦合作用将对容器本身与结构产生的影响。基于CEL方法,考虑流体与结构耦合效应及其对于内部组件的影响,使用ABAQUS对主容器进行了地震作用下的有限元分析。分析得到了主容器内部流体的位移响应,得到了流体位移对于主容器安全性及其对结构产生动力放大效应的影响规律。通过分析结果得到该容器相关抗震性能,以及考虑其是否存在采取隔减震措施的需求。通过分析结果得到了该容器的动力放大系数,根据其抗震性能的分析建议对容器采取相关措施控制其动力放大效应。     

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.     

三维土-结构动力相互作用的一种时域直接分析方法

本文提出了一种分析三维土-结构动力相互作用的时域直接方法。该方法采用集中质量显式有限元和透射人工边界模拟无限域地基,通过编制的FORTRAN程序实现;采用ANSYS软件对上部结构进行建模分析,并通过FORTRAN程序对ANSYS软件的调用,实现了土与结构系统在地震作用下的整体分析。该方法为显隐式相结合的方法,地基和上部结构可采用不同的时间步距进行分析,可大大提高效率。通过两算例,验证了该方法的可行性。     

分析土和结构相互作用的一种实用耦合方法

提出一种新的数值解与解析解耦合的理论和计算方法,研究土-结构相互作用(SSI)体系的地震动力响应。采用大型有限元软件OpenSees模拟复杂结构的非线性行为,用等效线弹性频域内解析解模拟地基土的行为,使用时域离散递归方法将频域内的解析解转化到时域内,再通过子结构边界上力和位移的协调条件来求解。二者之间的耦合和实时数据交流通过CS集成方法来实现。以一个单自由度算例和一个实际工程为例,验证此方法的精度、稳定性和工程实用性,对比在考虑和不考虑SSI体系情况下结构动力响应的区别。本文所提的耦合SSI计算方法和部分研究成果可为工程设计人员提供参考。