桩筏基础振动台试验设计及数值模拟研究

为了研究某核电工程桩筏基础抗震性能,设计缩尺筏基振动台实验。试验模型使用ABAQUS软件进行数值模拟以验证试验设计方案的可行性。依托该实际工程,实验缩尺比例为1/200。地震波选用国内外核电厂结构相关技术文件和规范规定,采用R.G1.60标准反应谱拟合的人工波进行输入计算。结果表明:桩间土输出加速度越往模型上部越大;桩顶部位移比桩低部大;筏板加速度与位移均小于桩体。分析成果可为振动台试验的改进提供指导并为实际工程设计提供参考。     

框架结构振动台试验分析及数值模拟

设计了10层的框架结构模型,进行了单向及双向作用时不同频谱地震波输入下的振动台试验,对试验结果进行了对比分析,揭示了结构的动力特性及地震反应之间的联系。结果显示:加速度、层间位移和应变在地震波作用下的变化趋势是一致的,结构的层间位移和加速度沿层高的分布不一样;双向作用下结构的反应并不一定比单向作用时的反应大。并依据试验过程当中的测试数据,进行了相应的数值模拟,与实测结果进行了对比,吻合较好,可以为后续类似的研究工作提供借鉴。     

单桩-土-结构振动台试验模型数值计算分析

为研究地震荷载作用下桩基-土-核电结构的抗震性能及土结动力反应规律,对拟开展的地震模拟振动试验模型进行数值计算分析。核电工程结构上部质量大和刚度大,试验模型不同于一般的工程结构,为检验振动台试验模型设计、传感器布设方案,对试验模型进行了数值模拟。数值模拟以单端承桩为研究对象,计算了上部结构质量和刚度变化时,在脉冲荷载及基于RG1.60谱人工合成地震动作用下桩身的地震反应规律。数值模拟表明:在水平地震动作用下,桩身剪力和弯矩包络线呈"X"状分布,桩底和顶处剪力弯矩较大;上部结构质量越大,桩身的剪力与弯矩越大;上部结构的刚度越大,桩身的剪力与弯矩越小;随着上部结构质量的增大和刚度的减小,反弯点逐渐向桩顶移动。桩顶发生最大位移时所对应的桩身挠度随着上部结构质量的增加而增大并且随着上部结构刚度的增大而减小。土层分界面处,桩身内力发生突变。此外,在脉冲荷载输入下,桩身反弯点位置与输入荷载的周期有关。计算结果为振动台试验模型设计提供了理论依据。     

隧道侧穿箱基框架结构体系振动台试验及数值模拟

以郑州市轨道交通7号线侧穿箱基框架结构工程为背景，开展了室内振动台缩尺模型试验，并借助有限元软件ABAQUS对不同工况进行数值建模，将振动台试验和数值模拟结果进行对比，验证数值模拟结果的可靠性。基于验证后的模型，分析隧道侧穿箱基框架结构体系的动力响应特性。结果表明：(1)隧道或箱基框架结构的存在均会降低整个体系的自振频率；(2)箱基框架结构的存在会降低隧道结构的加速度响应，同时减弱隧道结构所受到的弯矩，而对其所受剪力的影响不大；(3)隧道结构的存在会减弱箱基框架结构的加速度响应和位移响应。箱室的存在会改变地震波的传播路径，且当箱基框架结构高于三层时，楼板加速度响应随楼层高度的增大更明显。     

三层地铁车站振动台试验的数值模拟

进行了三层地铁车站大型振动台试验,获得了可靠的试验数据。通过室内实验获取了模型材料和土体材料的力学参数。基于ABAQUS有限元计算平台,建立了振动台试验的二维有限元模型,处理了混凝土本构模型及其参数的选取、土体本构模型及其参数的选取、阻尼设置、边界条件设置等问题。对多种工况下的试验结果和模拟结果进行了对比分析。结果表明,按照本文建议的建模方法,可以很好地重现振动台试验,数值模拟结果无论在趋势上还是数值上都和试验结果符合得很好。     

单檐庑殿古建筑模拟地震振动台试验研究

庑殿建筑作为最高等级的古建筑形式,多用于宫殿、坛庙、重要门楼等,为研究该类建筑的抗震性能,进行了1个1/2缩尺单檐庑殿顶古建筑模型模拟地震振动台试验,获得了不同输入地震动不同水准下单檐庑殿建筑的动力响应和破坏现象,总结了柱顶石、围护墙与木构架间的相互作用、榫卯结构的变形规律等.研究表明:柱底与柱顶石间相对滑移削弱了上部...     

自由场地液化振动台实验结果分析与数值模拟

通过拉格朗日差分程序FLAC3D完全非线性动力分析模块,模拟了自由场地液化振动台实验并对实验结果做出分析,结果表明:该动力分析方法能够较好地反映液化土层地震响应,实验结果也验证了模拟结果的精确性;液化土层滤波作用起始于孔压比上升的时候且较为明显,液化后加速度时程的卓越周期有所增加;本文实例中的液化土层对地震动具有放大作用,液化范围越大,其放大作用越明显,且在长周期段放大作用更为突出。     

地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究

根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。     

基于P-Z模型的直立墙振动台试验数值模拟

基于块石静、动室内三轴试验确定的广义塑性模型参数,对直立墙结构振动台试验进行有限元数值模拟,并与试验结果进行对比分析,进一步探讨直立墙结构在地震荷载作用下的破坏过程和破坏特征。计算表明:该模型可较合理地模拟直立墙结构的地震反应特性和破坏特征,计算结果与试验现象基本相符。位于抛石基床上的直立墙结构破坏模式为直立墙向外海侧的滑移、倾斜和竖向沉降,其破坏过程为:当输入加速度较小时,直立墙处于稳定状态;随着输入加速度逐渐增大,直立墙在自身惯性力和墙后回填块石的动土压力作用下缓慢向外海侧水平滑移、倾斜和竖向沉降,墙后回填块石出现沉陷,但变形较小;当加速度达到一定值时,直立墙向外海侧移动和回填块石沉陷速率急剧增加,变形较大。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

基于振动台实验的结构损伤识别研究

选择美国加州大学圣地亚哥分校7层钢筋混凝土剪力墙足尺结构振动台实验,开展结构损伤识别研究,实验采用白噪声、环境振动和不同强度的地震动交替激发,记录地震动激发实验前后的结构反应。基于该记录计算和对比自振频率和振型曲率的变化、剪切波走时及其变化和结构层间位移角,分析发现一层和二层振型曲率较大,走时较长,走时变化也较大,现场检查发现一层和二层的破坏也较为严重,这些参数可用于识别结构损伤程度和定位损伤位置,而自振频率和层间位移角变化仅可反映出结构损伤程度,难以揭示结构损伤位置。     

可液化倾斜场地中桩基动力响应振动台试验研究

为研究倾斜场地中桩基的动力响应,以2011年新西兰地震中受损的Dallington桥为原型,设计并完成可液化倾斜场地桥梁桩-土相互作用的振动台模型试验。试验再现了喷砂、冒水、地裂缝、场地流滑等宏观现象。试验结果表明,土层足够的液化势及惯性是造成倾斜场地侧向流滑的必要条件;浅层土相比深层土更易液化,液化层中的加速度由下至上呈现逐渐衰减的趋势,而未液化砂土层却表现为逐渐增大的特征;深部测点的桩侧土压力明显大于浅部测点,且土体的液化会弱化土对结构的压力;结构应变最大值位于上部桥台,而结构弯矩在桩身中部及土层分界面附近出现两个较大值,桩端嵌固及倾斜场地流滑是造成出现两个弯矩较大值的主要原因。     

地震作用下均质土坡动力特性的振动台试验研究

设计并完成比例尺1∶100的边坡振动台模型试验,讨论模型的相似关系、传感器的布置及模型的建造,并编制相应的动荷载加载方案。通过输入不同类型、不同幅值、频率的动荷载,分析模型边坡在地震作用下的动力响应规律以及地震动参数对边坡动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,在坡体的表面和坡内的竖直方向上,加速度放大系数均随着高程增加而明显增大。当输入不同压缩比的地震波时,压缩比越大坡体的动力响应越明显,即随着输入动荷载的频率增加,越接近土体的自振频率加速度放大效应越明显;在坡体的同一高程处,坡面的加速度放大系数略大于坡体内的加速度放大系数,表现出一定的趋表效应,同时随着输入地震波振幅的增加,加速度放大系数整体出现递减的趋势。实验结果分析有助于揭示土质边坡在地震作用下的失稳破坏机制,为今后边坡工程的抗震设计提供积极的参考。     

Shaking Table Tests on Bridge Foundation Reinforced by Anti-slide Piles on Slope

Based on the requirement of seismic reinforcement of bridge foundation on slope in the Chengdu-Lanzhou railway project, a shaking table model test of anti-slide pile protecting bridge foundation in landslide section is designed and completed. By applying Wenchuan seismic waves with different acceleration peaks, the stress and deformation characteristics of bridge pile foundation and anti-slide pile are analyzed, and the failure mode is discussed. Results show that the dynamic response of bridge pile and anti-slide pile are affected by the peak value of seismic acceleration of earthquake, with which the stress and deformation of the structure increase. The maximum dynamic earth pressure and the moment of anti-slide piles are located near the sliding surface, while that of bridge piles are located at the top of the pile. Based on the dynamic response of structure, local reinforcement needs to be carried out to meet the requirement of the seismic design. The PGA amplification factor of the surface is greater than the inside, and it decreases with the increase of the input seismic acceleration peak. When the slope failure occurs, the tension cracks are mainly produced in the shallow sliding zone and the coarse particles at the foot of the slope are accumulated.     

岩质高陡边坡地震动响应规律的振动台试验研究

设计并完成了1∶10大比例尺的边坡大型振动台模型试验,试验模型尺寸为4.4m×4.4m×1.8m(长×宽×高),斜坡模型表面包含30°、45°、50°、60°四个不同坡度的坡面,模拟岩体材料采用重晶石粉、河砂、石膏、黏土和水按比例配制而成。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波来研究模型边坡的动力响应规律,在试验数据分析中采用三维局部坐标系。试验结果表明:边坡临空面方向和竖直方向的加速度高程放大效应随坡面角度的增大而增强,在坡面角度由45°→50°变化时增长趋势呈明显"台阶状"形式,而边坡走向方向的峰值加速度高程放大效应基本不随坡面角度变化;边坡各向的峰值加速度的高程放大效应随着输入地震波幅值的增大而减小,表现出"量级饱和"特性;加速度傅里叶谱的频谱成分随着高程的增大,边坡岩体对于试验模型自振频率f周围的频率成分具有显著的放大作用,而对于其他频率成分则具有滤波作用;加速度反应谱沿高程的形状基本一致,并且卓越周期对应的反应谱幅值沿高程具有一定的放大作用,而在其他周期T处,尤其是长周期部分(低频部分)则存在一定的减小作用,对于临空面方向来讲,具有明显的波峰现象。试验结果有助于揭示边坡在地震作用下的失稳机制,为边坡工程的抗震设计提供有益的参考。     

长周期地震动输入下大型建筑剪力墙振动台试验

为优化处于长周期地震动输入下的大型建筑剪力墙结构,进行了振动台试验。分析普通地震动与长周期地震动波的区别,证明了长周期地震波具有显著长周期分量的特性。将某一高层酒店剪力墙作为研究案例,设计模拟实验台的构建流程与传感器布局,将建筑模型缩尺比例设置为1∶10。选择CA波、RG波、EL波作为实验用地震波,从位移与结构周期、层间剪力与位移比、易损性以及损失评估等方面对大型建筑剪力墙的抗震性能进行了评估。振动台试验结果表明,在位移相同的情况下,长周期地震波下的建筑极限承载力最小;在经历CA波、RG波、EL波后,模型的自振周期均发生变化,而EL波作用下模型的自振周期始终比基本周期略长;不同地震波下,X、Y向层间剪力变化基本趋于一致;CA波、EL波作用下,X向位移比较为接近,而剪力墙Y向上位移比在三种地震波作用下具有较大差异性;在长周期地震波作用下,大型建筑剪力墙损伤最为严重。     

特高压互连电气设备减震性能振动台试验

为研究铅金属减震器对特高压互连电气设备的减震效果,进行由硬管母线连接的特高压避雷器设备和电容式电压互感器设备组成的互连耦合体系的地震模拟振动台试验。通过白噪声扫频、抗震及减震试验,测定互连耦合体系抗震结构及减震结构的自振频率以及关键部位的应变、加速度响应。试验结果表明:抗震结构中避雷器设备的最大应变响应大于互感器设备,互连耦合体系中的避雷器设备属于易损设备;安装减震器后互连设备频率降低幅度较小,减震器基本不会影响电气设备的正常运行;安装减震器后互连耦合体系中的避雷器设备和互感器设备在较大峰值加速度地震波作用下,设备顶端加速度响应和最大应变响应均有较大幅度的降低,避雷器设备和互感器设备的最大应变响应的减震效率分别为75%和50%,减震效果显著,减震器的应用大幅提升了互连耦合体系的抗震能力。