粘弹性人工边界单元及地震动输入方法比较研究

本文引用一致粘弹性边界的概念,推导了与一致粘弹性边界等效的粘弹性边界单元,得到了粘弹性边界单元的刚度矩阵和阻尼矩阵。通过对比粘弹性边界单元阻尼系数不同取值的计算精度,给出了阻尼系数推荐取值。在输入地震动时,采用一种基于局部人工边界的子结构输入方法,实现了和波动法相同的输入效果,并且避免了复杂的应力计算和荷载作用方向判断等问题,应用更加方便。采用自由场的算例,比较了人工边界和不同输入方式的组合在SV波垂直入射时的模拟精度。为了说明边界单元的变形对计算结果的影响,提出了使用底边界输入位移幅值u_max和边界单元宽度b的比值ε=u_max/b作为变形指标,调节边界单元边长尺寸。通过算例给出了ε的推荐取值。最后,选取合适的ε后建立一个圆形孔洞散射场地模型,对散射场地模型的模拟结果验证了粘弹性边界单元和子结构输入方式应用于散射场地时仍具有较高精度。     

基于UPFs的三维紧支粘弹性边界单元

基于三维粘弹性人工边界理论,推导建立了类似于普通有限单元而具有粘弹性人工边界特性的三维紧支粘弹性边界单元,并结合UPFs二次开发的特点成功嵌入通用有限元软件ANSYS中。通过Lamb表面源问题和内源问题算例,对上述建立的单元进行了验证,计算结果表明,该单元具有与等效弹簧-阻尼器单元相同的精度和稳定性,并且使用更为简便,可操作性更强,同时基于ANSYS强大的开发平台和非线性计算能力,尚可开展其他特殊用途单元的二次开发。     

基于黏弹性边界的地震动输入方法和边界条件选择研究

针对地下工程抗震分析中边界条件和地震动输入方式选择问题,对一地下半无限体模型在一剪切波垂直入射条件下进行不同边界条件和不同地震动输入方法的算例试算。结果发现:两侧采用竖直向位移约束、底部采用黏弹性边界、并在模型底部用等效节点力输入地震动的方法,与三边均采用黏弹性边界条件和三边均采用等效节点荷载输入地震动的方法可以获得同样的结果。该方法易于在ANSYS中通过APDL编程实现,可为地下工程抗震分析中黏弹性边界的使用提供便利。     

基于能量反应的地震动输入选择方法讨论

输入地震波的合理选择是影响结构时程分析结果可信度的重要因素。已有的最优双指标选波方案没有考虑地震动的持时和能量分布的影响。文中考虑地震动持时这一影响结构弹塑性反应的重要因素,以抗震结构的能量反应规律为基础讨论输入地震波选择问题,建议以地震动弹性总输入能反应作为补充指标的选波方案。     

基于小波方法的多自由度体系地震动输入能量研究

对多自由度体系应用小波分解的地震激励,将地震动总输入能量表示为不同频段地震动输入能量的叠加.与单自由度体系相比,多自由度体系应用小波分解会产生较大的误差,这并不影响研究小波分解后各频段对单一固有振型输入能量的贡献.这样可以从频率的角度分析多自由度体系的地震动输入能量.     

基于小波方法的无限自由度体系地震动输入能量研究

将小波分解的地震激励应用于无限自由度体系,得到地震动对结构的相对输入能量可以表示为各个频段地震动输入能量的叠加。相比单自由度与多自由度而言,无限自由度体系应用小波分解会产生较大的误差,但这并不影响研究小波分解后各个频段对单一固有振型输入能量贡献的大小,我们可以分析不同地震波的不同频段对不同振型的反应,这将比较有意义。     

振动台试验中地震动选择及输入顺序研究

振动台试验是研究和评价结构抗震性能的主要方法之一。在振动台试验中,按相似理论设计的缩尺模型,通过一系列特定顺序地震动的输入,激励起模型结构的动力反应,来研究和评价结构的抗震性能。对于进入非线性的模型结构来说,振动台试验是个不可逆过程。因此如何选择地震动,以及如何确定地震动的输入顺序,对振动台试验成功与否,显得尤为重要。本文提出以主要周期点处地震动反应谱的包络值与设计反应谱相差不超过20%的方法选择地震动;按主要周期点处多向地震动反应谱的加权求和值大小确定地震动输入顺序;最后将该方法应用到八层可再生混凝土框架模型振动台试验中。试验结果表明,按本文方法所选的地震动可以合理地评价结构的抗震行为,地震动输入顺序可以逐步激励起结构的动力反应。     

基于HHT方法的非平稳人工地震动模拟

由Hilbert-Huang变换(HHT)得到实际地震动的时变渐进功率谱,利用渐进功率谱和三角级数法进行人工地震动的合成.与传统方法中先生成平稳人工波,再乘以强度调制函数进行非平稳化相比,文中利用渐进功率谱生成的人工波能够反映地震波能量在时频平面上的分布,它不仅具有强度非平稳性,而且也具有频率非平稳性,更符合实际情况....     

大跨度拱桥地震动输入模式研究

地震动输入是大跨度桥梁地震反应分析的重要一环。从明确大跨度拱桥的临界跨度入手,探讨了大跨度拱桥地震动输入模式中的行波效应、三向输入及其地震动选取问题。基于某大跨度钢管混凝土拱桥,建立了有限元分析模型,考查了行波效应及三向地震动输入对拱关键截面内力、减隔震支座位移及粘滞阻尼器冲程的影响。结果表明:给出的大跨度拱桥临界跨度确定方法合理,行波效应对拱顶轴力有重要影响,不考虑三向地震动同时作用会明显低估大跨度拱桥的地震反应。确定大跨度拱桥地震动输入模式时需考虑行波效应与三向地震动同时输入。     

近场强地震动合成方法研究及地震动模拟

本文通过对近场强地震动合成方法的研究,采用随机有限断层法合成了沈阳地区近场强地震动,将得到的断层附近加速度时程结果与已有的采用混合有限元法计算结果进行对比。认为这一合成地震动的方法在重大工程选址以及缺乏强震记录地区开展抗震设防工作具有重要意义。     

地震动输入能量衰减规律的研究

对所收集到的266条强震记录，将其按场地条件分类，计算了不同场地条件、不同延性系数下的“绝对”和“相对”输入能量反应谱，然后利用两步回归法，得出了不同场地条件下地震动“绝对”和“相对”两种输入能量的衰减规律，分析了场地条件、延性系数、震级及距离等参数对地震动能量谱的影响，并对两种输入能量衰减规律进行了比较。     

地震动输入界面的选取对地震动参数的影响

地震反应分析中的输入界面是一种规定的假想基岩面,其选取具有很大的不确定性,对确定地震动参数的影响很大.本文以北京地区存在剪切波速较高的卵石硬夹层场地为研究对象,探讨实际工程场地中能否将硬夹层选作地震动输入界面的问题.利用一维等效线性化波动方法,对390个含有剪切波速高于500m/s的卵石层场地模型进行地震反应分析计算,讨论卵石层的上覆土层、下伏土层以及卵石层自身特性对地震反应分析结果的影响.计算结果显示,厚度5m左右、剪切波速小于600m/s的卵石层作为地震动输入界面是否合理,主要取决于上覆土层和下伏土层,而卵石层厚度和剪切波速的影响很小.对于一般性工程,当上覆土层厚度大于15m,下伏土层厚度在10m以内时,选取硬夹层顶面与选取钻探揭示的基岩或剪切波速不小于500m/s的土体顶面为输入界面,计算结果差别不大;当上覆土层厚度达到60m,下伏土层的变化对计算结果影响很小.研究表明,在钻探没有揭示出基岩或坚硬土体时,埋深大于60m的硬夹层可以选为地震动输入界面,这一结论对实际的地震安全性评价工作具有一定参考价值.     

基于ABAQUS的粘弹性边界单元及在重力坝抗震分析中的应用

考虑了2种不同的地震输入模型,即无质量地基模型和考虑辐射阻尼的粘弹性边界模型。以大型非线性有限元程序ABAQUS为平台,采用FORTRAN语言开发了用户单元子程序VSB_UEL.for,将粘弹性边界有效地嵌入到ABAQUS中。在尽量避免求解自由场的前提下,将离散的地震荷载转化为等效结点荷载,编写的计算程序可以方便地将等效荷载施加到人工边界结点上,并通过数值算例验证了粘弹性边界单元及波动输入程序的正确性,其求解效率和计算精度均令人满意,最后将该程序应用到在建的某水电站厂房坝段的抗震分析中。结果表明,与传统的固定边界无质量地基相比,考虑了粘弹性人工边界后,坝体的动力响应峰值减小了20%~40%;在进行结构动力响应分析时,考虑无限域地基的辐射阻尼影响是很有必要的。文中的用户子程序及波动输入程序很容易扩展至三维,为同类工程的抗震分析提供了简洁、合理的计算模式。     

基于粘弹性人工边界的阶梯地形地震波动问题分析

针对阶梯地形地震波动问题,在粘弹性人工边界理论的基础上提出了1种新的"虚拟对称子结构体系"地震动输入技术。该技术不仅有效实现了对阶梯地形的波动输入,也解决了高差引起的输入地震荷载不一致问题。基于商业有限元软件对某典型算例进行动力时程数值分析,结果表明:所述方法具有较高的精确度和实用性;临空面位移幅值表现出显著的放大效应,且斜坡坡度越大,动力放大效应越明显。     

多点地震动输入下的拟动力实验方法

本文将拟动力实验方法应用于多点地震输入下的结构响应研究中,采用子结构技术解决了结构在多点地震输入下的实验问题。针对不同类型结构和不同方向的地震动输入,文中给出了相应的似动力实验的数值积分方法。最后采用两点地震动输入对所提出的方法进行了实验验证,证明该方法的有效性。     

粘弹性人工边界在地震工程中应用研究综述

介绍粘弹性人工边界在结构-地基动力相互作用等问题中应用的研究现状。重点叙述了粘弹性人工边界在有限元计算中的实现方法及其在地震工程中的应用。粘弹性人工边界方法具有方便实现、计算精度高、稳定性强等优点,是解决近场波动问题的一种重要手段。随着粘弹性人工边界理论及其在有限元软件中的应用日渐成熟,其在工程抗震分析等方面将具有广阔的应用前景。     

土层组合及地貌单元与地震动的关系

本文根据西安市区200多个深度大于80米的钻孔资料,将剖面的土层组合归纳为16种类型,用Wilson-θ法作地震反应计算得到各类剖面的地表最大加速度反应谱,勾划了西安市区最大加速度等值线图和反应谱类型分区图。通过分析对比作者认为,地貌单元对地震动分区有明显的控制作用,地貌单元内的土层组合对地震动起着局部的控制作用。     

地震动等值线生成方法研究

目前借助分布广泛的地震监测台网,在震后几分钟内获知地震的位置及震级已不再成为问题。受到经济条件以及地理条件等因素的制约,我国的地震监测台网数量还很少,其分布也不够广泛,尤其是实时数据传输的强震动观测台网的规模与密度还十分有限。因此在一次地震发生后,获得的地震数据记录有限。利用这些有限的记录,提出了几种不同情况下的地震动等值线生成方法,通过统计分析、插值等数学方法快速确定地震发生后该地区范围内地震动影响范围及其衰减规律,即确定地震后现场的加速度分布区域,其结果将对地震应急反应具有重要的指导意义。     

工程结构地震反应与地震动输入关系研究

工程结构地震动输入是结构抗震设计研究中的重要问题,输入的合理与否直接影响着结构抗震能力。本文以框架结构为分析对象,将结构振动周期作为结构动力参数,地震记录加速度反应谱的特征周期作为地震动特征参数,通过计算对比发现:场地条件相同、峰值加速度相同、震中距相近的情况下,反应谱特征周期与结构基本周期接近的地震记录会让结构产生较大的地震反应。     

地震安全性评价和高层建筑的地震动输入

本文根据现行的中国地震烈度区划图中烈度的含义,指出在使用现行“建筑抗震设计规范”时存在的一些问题和与《中华人民共和国防震减灾法》的不协调之处。根据多年参加工程场地地震安全性评价的经验,总结了目前进行地震安全性评价过程中存在的一些问题。文中建议：针对高层建筑进行新的场地分类方法的研究;对高层建筑工程场地作地震安全性评价时,可根据高度的不同,适当简化安全性评价过程。