几何缺陷对拱结构动力稳定性的影响

分析了外激励下几何缺陷对拱结构动力稳定性的影响。推导了拱结构边界确定而结构本身节点坐标偏差随机且指数相关时的条件相关矩阵,分解得到几何缺陷的分布方式和大小。从非线性运动方程出发,分别得出了周期荷载作用下非线性刚度矩阵可线性化,非周期荷载作用下同时考虑几何、材料非线性的Lyapunov指数计算方法。最后以一圆弧拱为例分别对周期荷载、阶跃荷载、脉冲荷载及地震荷载作用下几何缺陷的影响进行了数值分析。结果表明周期激励作用下拱结构存在动力失稳频域;在不同分布方式几何缺陷中动力稳定性对与屈曲模态相似的缺陷最为敏感。     

结构非弹性动力响应的力模拟法

提出了基于力模拟法研究受动力荷载作用的结构非线性特性的一种新的算法，与传统改变刚度矩阵的方法不同，该算法是通过改变结构位移场来进行非弹性分析。结构的每一个非弹性变形代表一个自由度，因而结构所有的非弹性特性可通过一个方程表示。这个算法在计算时间上是非常有效的，因为它仅需使用初始刚度矩阵，且当运动动力分析中的状态空间数值积分法时，可以达到很高的数值精度。而且，这个算法在分析结构应变硬化性质、弹塑性性质和应变软化性质时都是稳定的。通过将这种算法与已有的非弹性动力分析软件程序相比较，说明了这个算法是的、高效的。最后，通过对一个6层医院建筑动力响应分析的应用，演示了该算法在分析实际结构中的完整的非弹性分析过程。     

动力基础系统非线性本构关系的研究

采用理想集总参数计算体系,以三次幂多项式模型反映动力地基的非线性特性,将非线性幂函数作为循环荷载作用下系统位移-力关系的主干骨线,在此基础上按照Masing二倍法则,将骨线拓展为位移一力的滞回曲线,建立了动力基础双曲线滞回动力学模型。提出了非线性广义刚度函数的概念,建立了动力基础系统在不同振动形式下的非线性本构关系。     

三维层状场地中斜面均布荷载动力格林函数

在作者三维层状场地精确动力刚度矩阵基础上,给出了三维层状场地内部斜面均布荷载动力格林函数。本文格林函数包含了场地的所有基本力学特性,可用于三维层状局部场地中波的散射及土-结构相互作用等问题的求解。文中对所得结果进行了精度检验,同时给出了一些数值结果,包括均匀半空间和基岩上单一土层中竖面或斜面荷载作用下的位移和应力格林函数。     

移动荷载对桥梁动力响应的影响研究——以开裂预应力混凝土简支梁为例

混凝土桥梁在工作过程中会产生裂缝,为分析移动荷载对开裂混凝土桥梁结构刚度的影响,对开裂梁动力响应进行分析。建立简支T梁桥有限元模型,并将移动荷载施加至有限元模型中。根据简支T梁桥破坏横向分布位置和强度的不同,研究不同工况下各梁荷载横向分布及不同移动速度对裂缝扩展宽度的影响。结果表明,数值模拟结果能较好地验证计算模型的准确性;在较大的移动荷载作用下,混凝土开裂,导致结构刚度减小、位移增大;随着移动荷载和速度的增加,开裂时间增加,结构刚度降低,持续时间增加,位移增大,使结构响应呈现明显非线性。     

无破碎带断层场地对SH波的散射

在层状半空间精确动力刚度矩阵和斜线荷载动力格林函数的基础上建立间接边界元方法,在频域内求解无破碎带断层场地对入射平面SH波的散射。为方便求解,将总波场分解为自由波场和散射波场,自由波场由直接刚度法求得,断层两侧的散射波场通过在断层面上分别对两侧施加均布斜线荷载产生的动力响应来模拟,虚拟荷载的密度可通过引入断层表面的边界条件确定,最后叠加自由波场和散射波场求得总波场。以有落差断层和无落差断层模型为例进行数值计算,分析断层落差、断层倾角以及断层两侧介质的刚度比对散射效应的影响。研究表明,断层落差与波长相当时,断层对SH波的放大作用最大;地表位移幅值随着断层倾角的增大逐渐增大;若断层无落差且其两侧刚度不同时,一般刚度较小一侧地表位移幅值较大且振荡更为剧烈,波从刚度较小一侧入射时位移幅值放大尤为显著。     

考虑永久位移的锚索框架减震锚头弹簧组件合理刚度研究

强震作用下预应力框架锚索可能出现内锚段松脱、锚索拉断等震害,在锚头处设置弹簧是一种新型抗震措施,而弹簧刚度的合理选取对改善锚索受力至关重要。建立在锚头处设置弹簧预应力锚索框架的加固基岩-覆盖层边坡三维数值模型,研究边坡在不同峰值加速度、不同持时地震波作用下响应规律,调整锚索-弹簧串联体系等效刚度大小,分析坡体永久位移和锚索轴力减载比随弹簧刚度的非线性变化特征;以控制边坡位移及锚索减载效果为目标,提出弹簧组件的合理刚度确定方法。研究表明:随弹簧刚度降低,缓冲减震作用逐渐显著;坡顶水平加速度受刚度变化影响较小,但当弹簧刚度低于临界值后边坡位移及弹簧变形量急剧增加;以边坡永久位移实际调查经验限值为首要控制条件,结合位移、弹簧峰值行程随刚度变化拟合“直-曲分界点”曲线,以共同确定弹簧刚度下限;同理,依据减载比拟合曲线轴力削减明显区段得出刚度上限,以保证一定工程经济性。针对算例模型取永久位移10 cm、拟合曲线曲率k小于0.002k_max作为直曲分界判断依据,得0.4g~0.6g强震下弹簧刚度区间为 (2.5,3.8) kN/mm,研究方法可为边坡预应力锚固工程抗震设计提供参考。     

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.     

基于复阻尼模型水平剪切型结构的时域解析算法

近些年来提出的数值方法虽克服了应用复阻尼模型求解动力响应时可能出现的发散现象,但其计算过程繁杂且不能表达出结构动力特性及响应随结构参数的变化规律。论文参照三对角Toeplitz矩阵特征值问题的数学解法,推导出水平剪切型结构各阶自振频率、振型函数的解析形式。通过对运动方程进行Fourier变换,得到复阻尼理论下结构的传递函数解析式,直观地表达出结构动力特性及响应随结构参数的变化规律。最后通过算例对比分析,结果表明:提出的复阻尼模型的解析计算方法克服了时域发散问题,并与时域数值计算方法的位移响应时程对比发现,两种方法得到的时程曲线吻合程度较高,位移峰值也基本一致。同时,对比两种方法在底层刚度变化时的动力响应,解析方法的计算曲线更光滑,避免了数值方法的离散误差问题。     

钢管再生混凝土框架的恢复力模型研究

为研究低周反复荷载作用下钢管再生混凝土框架的恢复力模型,进行了1榀圆钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架和1榀方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架的拟静力试验。对实测试件的破坏机制和滞回曲线,采用位移幅值承载力突降的特殊处理方法,建立以相对屈服点、相对峰值点和相对破坏点为特征点并结合滞回曲线和刚度退化的三折线荷载-位移恢复力模型。研究结果表明:试件梁端出现弯剪破坏或弯曲破坏,梁先出铰,柱后出铰;试件的滞回曲线基本对称,呈现出比较饱满的梭形。建立的低周反复荷载作用下钢管再生混凝土框架的恢复力模型可以用于该类新型组合结构的弹塑性地震反应分析。     

钢管混凝土拱桥弹性动力稳定性能研究

基于运动稳定性理论,以1座实际的钢管混凝土肋拱桥为例,利用改进的时间冻结法(动态特征值法)求得结构在地震波作用下的动态稳定系数时间历程,研究了不同输入方向和阻尼比对动力稳定临界系数的影响,并探讨了地震波作用下拱桥的稳定安全系数,对钢管混凝土拱桥的弹性动力稳定性能作出了评估。     

周期径向荷载作用下圆弧格构拱动力稳定性分析

基于结构弹性稳定理论,根据能量法推导出以位移为基本未知量的圆弧格构拱总势能,从Hamilton原理出发,建立了考虑剪切变形的圆弧格构拱的动力稳定微分方程.利用Galerkin方法将其转化为二阶常微分Mathieu型参数共振方程,求得周期解所包围的动力不稳定区域,探讨了圆弧格构拱发生参数共振的动力稳定性问题,分析了缀条面...     

Analysis of seismic disaster failure mechanism and dam-break simulation of high arch dam

Based on a Chinese national high arch dam located in a meizoseismal region, a nonlinear numerical analysis model of the damage and failure process of a dam-foundation system is established by employing a 3-D deformable distinct element code(3DEC) and its re-development functions. The proposed analysis model considers the dam-foundation-reservoir coupling effect, infl uence of nonlinear contact in the opening and closing of the dam seam surface and abutment rock joints during strong earthquakes, and radiation damping of far fi eld energy dissipation according to the actual workability state of an arch dam. A safety assessment method and safety evaluation criteria is developed to better understand the arch dam system disaster process from local damage to ultimate failure. The dynamic characteristics, disaster mechanism, limit bearing capacity and the entire failure process of a high arch dam under a strong earthquake are then analyzed. Further, the seismic safety of the arch dam is evaluated according to the proposed evaluation criteria and safety assessment method. As a result, some useful conclusions are obtained for some aspects of the disaster mechanism and failure process of an arch dam. The analysis method and conclusions may be useful in engineering practice.     

波形钢腹板混凝土箱拱地震响应分析

采用时程分析法,对三向地震动作用下的波形钢腹板混凝土箱拱新型结构的地震特性进行分析,通过与混凝土腹板的混凝土箱拱动力特性和地震响应特点的对比,得出该新型拱圈结构具有较优越的抗震性能。同时,把三向地震作用的结果与在两个主方向(纵桥向和横桥向)同时施加地震动的计算结果进行比较,得到竖向地震动对波形板箱拱地震响应的影响程度。     

大跨径拱桥被动减震控制的仿真分析

本文采用现代控制理论对设有耗能减震装置的拱桥结构进行被动减震控制仿真分析,给出了大跨度拱桥在多点激励下的运动微分方程,将拱桥简化成平面杆系模型,给出减震结构的状态方程,然后基于SIMULINK环境下对设有粘滞阻尼器的拱桥减震结构进行动态仿真分析,并考虑了行波效应对减震效果的影响。该方法较之传统的分析方法更简便、有效,分析结果表明设置了耗能器的拱桥结构地震反应有明显的降低。     

大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁的纵向地震响应研究

以广州新光大桥为例，建立了空间杆系模型，利用动态时程分析方法，详细分析了大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁在纵桥向地震一致激励和行波效应作用下的地震响应。研究表明除边墩外，行波效应对拱肋上、下弦杆以及V型刚架斜腿地震内力响应均有较大影响；随着剪切波速的增加主拱顶相对拱脚的最大纵向位移呈递减趋势，而边拱顶相对拱脚的最大纵向位移基本不受剪切波速的影响。     

近断层地震动对上承式拱桥动力响应的影响

为了揭示近断层地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的动力响应特点,以西南山区某上承式拱桥为背景,用OpenSEES平台建立了全桥非线性动力分析模型,探讨了近断层地震动的输入方式、脉冲效应和竖向地震动等三个关键因素对桥梁动力响应的影响规律。研究结果表明:地震输入方式对拱圈地震响应的影响较小,但对拱上立柱地震响应的影响很大,尤其是拱顶附近的短立柱,在抗震分析中,建议偏安全地采用三向地震输入方式;脉冲效应对拱桥地震响应的影响非常大,会导致拱圈、拱上立柱和桥面板地震响应大幅增加,桥面板残余平面转角甚至增大6倍以上;竖向地震动对拱圈轴力和面内弯矩、拱上立柱纵向弯矩和剪力的影响很大,拱顶处的面内弯矩放大倍数最大可达2.95,总体来说,采用规范所建议的方法考虑竖向地震是偏保守的。     

Nonlinear seismic response analysis of arch dam-foundation systems- part I dam-foundation rock interaction

The arch dam–foundation rock dynamic interaction and the nonlinear opening and closing effects of contact joints on arch dam are important to the seismic response analysis of arch dams. Up to date, there is not yet a reasonable and rigorous procedure including the two factors in seismic response analysis. The methods for the analysis of arch dam–foundation rock dynamic interaction in frequency domain are not suitable to the problem with nonlinear behaviors, in this paper, so an analysis method in time domain is proposed by combining the explicit finite element method and the transmitting boundary, and the dynamic relaxation technique is adopted to obtain the initial static response for dynamic analysis. Moreover, the influence of arch dam–foundation dynamic interaction with energy dispersion on seismic response of designed Xiaowan arch dam in China is studied by comparing the results of the proposed method and the conventional method with the massless foundation, and the local material nonlinear and nonhomogeneous behaviors of foundation rock are also considered. The reservoir water effect is assumed as Westergaard added mass model in calculation. The influence of the closing–opening effects of contact joints of arch dam on the seismic response will be studied in another paper.     

基于比例边界有限元方法的拱坝子结构分区形式研究

比例边界有限元方法是一种半解析的数值计算方法,具有降维、网格灵活、严格模拟无限域和无需基本解等特点。比例边界有限元方法的基本理论是在整体坐标与局部坐标的比例边界转换基础之上建立的,相似中心的选取是否合理对分析计算具有重要的影响,导致在模拟拱坝这种不规则的空间壳体结构时,具有一定的局限性。采用子结构方法,将坝体分为若干满足相似性要求的区域可解决上述问题,以某拱坝为例给出了合理的坝体子结构分区形式,验证了子结构方法的精确性,为建立基于比例边界有限元方法的坝体-库水-地基系统的计算模型奠定了基础。