非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(I)——试验方法

针对浅层软土中埋设的矩形截面地下综合管廊进行了非一致地震激励下的振动台模型试验研究。作为首个此种类型结构非一致激励的振动台试验工作,本文主要介绍试验方法,重点包括试验方案设计、开洞试验模型箱与模型结构设计,根据试验的特殊要求而开发的土体滑移传感器和地下结构接头位移测量装置,以及人工合成输入地震波动时程的方法与步骤。上述试验设计方法可供今后类似试验工作参考。试验结果分析及数值模型验证结果将在后续系列论文中介绍。     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(Ⅱ)——试验结果

本文以纵向非一致地震激励试验为主,对地下综合管廊振动台模型试验结果进行了分析,包括模型场地的加速度响应、结构的应变响应、结构和场地加速度响应关系、结构应变响应的原因、结构接头位移响应、结构在纵向非一致激励和一致激励下应变响应的区别。结果分析表明,本试验模型场地及模型结构设计合理,从中得到了关于地下综合管廊非一致地震激励作用下响应规律的一些新内容。     

地下综合管廊大型振动台模型试验研究

针对地下综合管廊缺乏抗震研究的现状,开展了地下综合管廊大型振动台模型试验研究。试验中除对通常的地下结构振动台试验中常规地震响应进行了测量外,还测量了模型场地水平位移、模型结构的层间位移、模型结构内钢筋应变。同时,通过自行设计的接触面土体滑移传感器测量了结构顶板接触面土体滑移。本文对模型结构的动力响应以及接触面和周围土体地震响应规律进行了分析。结果表明：在地震作用下地下综合管廊的地震加速度响应服从周围土体的地震响应,其响应幅值不会大于周围土体的加速度响应幅值;结构内力最大部位出现在结构的角部,并且内力随着地震动强度的增加而增大;地下综合管廊接触面土压总体上随着地震动强度的增加而增大,侧板和顶、底板的土压力分布模式不同;在水平地震作用下,地下综合管廊会产生顶、底板之间的相对位移,同时伴随着横截面内的刚体转动;地下综合管廊壁板与土接触面的作用力是结构产生内力的直接原因,其中侧壁土压起主要作用。     

非一致地震激励下综合管廊接头响应数值模拟

以横向有接头地下综合管廊非一致激励振动台试验为基础,基于有限元软件ABAQUS,建立了土-地下综合管廊结构数值模型,采用非线性弹簧单元模拟地下综合管廊的接头。分析了模型箱的边界效应、加速度响应、位移响应、以及管廊接头响应,有限元计算结果与试验实测结果进行对比分析,二者对比结果呈一致趋势,非线性弹簧单元可为生命线工程结构接头数值模拟提供了新思路。     

横向非一致激励下土层地震响应的振动台模型试验研究

针对自由场土体的非线性地震响应问题,采用悬挂式连续体模型箱,开展了横向一致激励和非一致激励下砂土自由场土体的振动台试验。通过试验,研究了不同地震动、不同地震强度作用下自由场土体的地震动反应特性及其变化规律,包括场地土体的动力特性、加速度地震响应、剪应力-剪应变以及土体的沉降。研究结果表明:土体的非线性发展程度不仅与地震动记录有关,还与地震动输入方式、加载等级有关;与一致激励相比,非一致激励下土体运动的不一致性引起了更强的土体结构性变化,频率降低,阻尼比增大,土体的加速度峰值和频谱峰值均有降低,土体的非线性发展相对较快。土体剪应力-剪应变曲线和沉降曲线的变化规律一定程度上也反映了土体的塑性发展情况,所得结论和自由场地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性。     

地下综合管廊结构振动台模型试验与有限元分析研究

在地下结构的振动台试验中,模型箱的设计是影响试验精度的一个很重要方面,本文的试验中采用了层状剪切砂箱,以最大限度地减小模型箱边界效应.而如何在数值计算中对层状剪切砂箱进行模拟成为数值分析要解决的关键问题.本文就是以此为背景展开了探讨,提出用变刚度的方法来近似模拟层状剪切砂箱,通过数值模拟结果与试验结果的对比发现,效果较好.在自由场计算的基础上,对综合管廊结构的振动台试验进行了数值模拟,计算结果与试验结果对比较好,说明本文建模计算方法是正确的,为后续的研究提供了基础.     

横向非一致地震激励下埋地管道的动力响应分析

为研究埋地管道在地震激励时管-土相互作用的动力响应问题,研发双向层状剪切连续体模型土箱,建立管G土相互作用有限元分析模型,对横向非一致地震激励下埋地管道地震响应进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比.结果表明:数值模拟和振动台试验结果中的管道应变峰值均呈现出沿管道中间大两端小的现象,管道中间应变峰值最小达到两端的1．6倍左右;管道加速度、 土体加速度峰值均随着加载等级的提高而增大,涨幅愈加明显,多峰频率由0~10Hz逐渐向10~ 20Hz频域扩散,管道运动更为自由;土体位移随着加载等级的提高呈现逐级增大的现象,在加载等级增加到0．4g 时位移曲线斜率减小,土体非线性表现明显.数值模拟和振动台试验对比分析的结论表明数值模拟分析的合理性和试验结果的可靠性,为研究横向非一致激励对埋地管道地震响应的影响提供了依据.     

考虑SSI效应的隔震结构体系振动台模型试验与数值模拟对比研究

基于考虑土-结构相互作用(SSI)效应的隔震结构体系振动台模型试验,以ABAQUS软件为计算平台,考虑土体的非线件特性,建立了将土体一桩基-隔震结构视为共同工作整体的三维有限元模型,对各种试验工况下的地震反应进行了数值模拟计算,并与试验结果进行了对比分析,结果表明:数值模拟和振动台模型试验结果基本一致,两者得到的SSI效应对隔震结构地震反应的影响体现出相似的规律性,印证了数值模型的正确性.     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(Ⅰ)——试验方法

针对浅层软土中埋设的矩形截面地下综合管廊进行了非一致地震激励下的振动台模型试验研究。作为首个此种类型结构非一致激励的振动台试验工作,本文主要介绍试验方法,重点包括试验方案设计、开洞试验模型箱与模型结构设计,根据试验的特殊要求而开发的土体滑移传感器和地下结构接头位移测量装置,以及人工合成输入地震波动时程的方法与步骤。上述试验设计方法可供今后类似试验工作参考。试验结果分析及数值模型验证结果将在后续系列论文中介绍。     

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验数值模拟方法研究

直接针对大型振动台模型试验,建立液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用数值模拟的二维分析模型和计算方法。根据桩基平面应变假定,将空间桩体转换成平面板桩,并考虑桩的尺寸效应;基于桩截面节点位移协调条件和平衡力系等效原理,建立四结点梁单元刚度矩阵且对Timoshenko梁杆单元刚度矩阵进行增广修正,以考虑桩的横向尺寸影响桩周土位移场分布的尺寸效应。根据有效应力原理进行土动反应分析,采用满足M asing准则的修正双曲线模型描述土动力变形的本构关系,同时考虑因孔压上升造成土体软化而对土动力性能的影响,由迭代法处理土的动力非线性。采用并联弹簧-阻尼器模拟计算域人工边界,以考虑边界波的反射作用对体系动力反应的干扰和土粘滞阻尼的影响。采用W ilson-θ逐步积分法计算体系的地震反应。通过与试验结果的对比分析,评估数值模拟的建模途径和计算方法的可靠性。     

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。     

土-结构群相互作用体系地震响应振动台试验研究

设计并开展一系列土-结构群相互作用体系振动台试验,考虑结构数量、地震动类型与幅值等参数,研究土-结构群相互作用对结构及场地土响应的影响,并对模型土参数确定方法进行分析。研究结果表明,地表建筑物的存在并不总是减小自由场地面运动,但地面运动随着地表结构数量的增加而降低;土-结构群相互作用对位于结构群中心的结构响应影响最大,且会放大土体卓越频率附近的响应成分;不同评价指标之间具有不同的侧重点,但均可较好地评价结构群之间的相互作用;输入地震动的总能量越高,土-结构群相互作用越明显。     

承插式水泥管-土非一致激励模拟试验研究

文中基于通用有限元软件ABAQUS,对承插式水泥管-土地震非一致激励试验进行数值模拟。论文根据试验情况,确定了主要的数值建模方法并进行了试验数值模拟,包括:管-土接触面模拟、和层间剪切箱模拟。对比承插式水泥管接头的数值结果和实测结果表明:文中的数值建模方法能较好地模拟试验情况,为后续进一步研究打下良好的基础。     

地下综合管廊土-结构接触面参数对地震动力响应的影响数值分析

为研究土-结构接触面参数对地下综合管廊地震动力响应特征的影响,建立动力有限元数值模型,模型边界采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,土体本构采用HSS模型,接触面采用改进Goodman单元,动力荷载考虑三种情况(Rayleigh波的作用、底部激励了美国加利福尼亚Upland地震波以及前两者的共同作用),分别研究不同地震动输入、接触面折减系数的改变对综合管廊内力及加速度的影响。研究结果表明:在相同的折减系数条件下,与静力作用相比,动力作用下的结构内力明显增大,综合管廊设计时应考虑地震荷载作用下内力增大的情况;随着界面折减系数的增加,正弯矩极值减小,负弯矩极值增大,加速度峰值增大;在相同接触面折减系数条件下,底部地震波输入产生的结构内力极值显著高于仅有Rayleigh波输入的情况;考虑Rayleigh波和地震波共同作用条件下,引起的管廊结构内力极值与仅考虑底部地震波输入时的结构内力极值差异不大。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系振动台模型试验研究

设计并完成了铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系的振动台模型试验,研究刚性地基上隔震结构体系的动力特性和隔震效果,为进一步开展考虑土-结构相互作用的隔震结构体系振动台模型试验提供数据对比。试验结果表明:刚性地基上隔震结构体系具有良好的隔震性能,隔震效果显著,输入地震动的频谱特性和加速度峰值对隔震结构的隔震效率影响较大。     

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。     

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。     

土-桩-钢结构相互作用体系的振动台模型试验

本项试验是研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制影响的系列振动台模型试验的组成部分,主要目的是提供相应的对比试验数据。在这组试验中,突出的问题是TLD、上部被控结构和土层三个子系统模型基频间的协调。为了尽可能降低土层模型基频,文中采用了一种具有低剪切波速特性的土层模拟介质。最后,通过土-桩-钢结构系统的振动台模型试验,研究了土-结构相互作用对钢结构动力特性和地震反应的影响。     

软弱地层综合管廊三维非线性地震反应特性研究

软弱地层综合管廊在强震作用下易发生破坏。考虑土体非线性及水的影响,以苏通GIL综合管廊工程为依托,采用三维线性梁单元模拟螺栓与钢筋,对地震动进行幅值标定,建立三维精细化有限元模型,并根据不同地震动输入方式及强度,从衬砌应力分布、张开量及结构损伤角度分析综合管廊非线性地震反应特性。研究结果表明,45°共轭方向与拱腰位置处管廊受力较大,横向、纵向地震动作用下,随着地震动强度的增加,应力增加明显;横向地震动输入对管廊环间张开量的影响较小,当地震动达到峰值附近时,张开量增长明显,并在一定范围内波动;横向地震动对管廊结构损伤的影响较大,峰值加速度达0.3 g时,管廊内部结构在两端连接处及中间支撑处连接点出现拉压变形。     

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。