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。     

极限安全地震动下考虑土-结构相互作用的核电站安全壳响应分析

根据黏弹性人工边界的基本原理,结合有限元分析软件ABAQUS和MATLAB辅助程序,在地基有限区域上添加黏弹性人工边界并实现极限安全地震动的输入。基于ABAQUS软件平台,对CPR1000安全壳构建了土-结构相互作用体系的数值模拟模型,分析其在极限地震动下的动力响应,并将计算结果与考虑刚性基础的安全壳结构响应数据进行对比。结果表明:核电站CPR1000安全壳结构在极限安全地震动下仍能保持良好的密闭性。考虑土-结构相互作用后分析所得安全壳结构受到的应力、加速度峰值和相对位移均有所增大,使用刚性地基模型要偏于危险。     

考虑土体非线性及倾角影响的盆地地震响应研究

基于二维沉积盆地模型,采用D-P弹塑性模型模拟盆地的非线性特征。利用显式有限元与黏弹性边界结合的方法,通过改变盆地边缘倾角,在时域和频域内分析盆地地表的地震动响应,对比线性与非线性盆地地震反应的差异。结果表明:(1)土体非线性对整个盆地范围内地震动的影响都较显著。考虑非线性时地震动放大系数明显降低,降低幅度在30%~50%。同时,考虑非线性和倾角影响时最强烈放大区域的范围和位置变化,且很小倾角下的分布特征显著不同。(2)两分量的放大系数都有随边缘倾角的增大而增强的趋势,但均是盆地边缘区域受非线性的影响最为显著。此外,真实地震波输入下显著放大区域的范围及线性与非线性结果的差异程度相对更大。(3)考虑非线性时,对于不同频率地震波的放大系数差别明显,但都表现出从低频到高频谱比分布越来越复杂的现象,同时盆地倾角的影响程度随频率的增大更加明显。(4)考虑土体非线性并未改变地震波传播的总体特征,但各震相强度相对降低。     

地下结构对工程场地地震动场的影响

本文以日本神户市地铁大开站为工程背景,应用大型通用有限元ANSYS软件,分别建立了自然条件下的工程场地土层和建有地下车站结构的土层的二维有限元分析模型。计算了基岩一致地震动输入模式下2个土层模型的动力反应。通过将2个土层模型的动力反应进行比较分析,讨论了地下结构对工程场地地震动场的影响。分析结果表明,日本神户地铁大开站的存在对其邻近区域土层的地震反应有影响,但影响有限。     

汶川地震近断层地震动作用下结构地震响应特征分析

从汶川地震获取的64组近断层记录中分别选取8条典型速度脉冲型加速度记录和8条非速度脉冲型加速度记录,作为结构地震反应分析的地震动输入;选择具有不同自振特性的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构,建立有限元分析模型.分别计算这些结构在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下的层间变形,对比研究具有不同自振特性结构的层间变形特征.     

考虑地震动持时效应的输电塔-线体系响应研究

研究了地震动持时效应对输电塔-线体系动力响应的影响。基于能量持时的定义方法,选取了一组包括20条长持时和20条短持时的地震动作为输入。地震动调幅至0.2g和1.2g来分别研究地震动持时效应对结构弹性和塑性响应的影响,并选取输电塔的塔顶峰值加速度、位移、主材应力以及节间位移角作为评价指标。结果表明:地震动持时效应对所选取的评价指标具有不同的影响规律,在输电塔-线体系动力响应研究中持时效应不容忽视。可以为输电塔的抗震设计提供有益的参考。     

三维复杂山谷地形SV波垂直输入地震反应分析

本文基于显式有限元法研究了地震波垂直入射时三维复杂山谷地形对地震地面运动的影响,在数值分析中应用了三维化二维的解法和黏弹性人工边界的处理方法,实现了地震波垂直输入下三维复杂场地地震动数值模拟,并验证了该方法的合理性.以四川桃坪地区一山谷地形作为研究对象,基于地表高程数据分别建立了二维和三维场地模型,对比研究表明：在复杂地形情况下考虑二、三维模型时具有明显差异,三维模型能更真实地反映地形变化对地震动的影响,复杂地形条件下有必要考虑三维实际场地模型.本文对边界自由场的处理方法也可用于处理三维复杂场地地震动斜入射问题,为三维复杂地形场地地震效应研究提供参考.

     

凸起地形对地震动特性的影响

采用基于ABAQUS平台的显式有限元动力学分析方法,结合人工黏弹性边界理论,研究了局部凸起地形对地震动特性(包括反应谱、峰值加速度、峰值速度和峰值位移等)的影响,分析了台地宽度对地形放大效应的影响.结果表明:凸起地形平台段空间点地震动受地形效应影响较大,在零阻尼条件下,其谱比曲线呈双峰特点,.8—0.9s的中长周期段谱比达到一个较大值1.6,在0.08—0.09s的高频段谱比超过2.0,且最大值出现在平台中点;对于凸起地形斜坡段,在大部分周期点处,顶点的谱比高于其它斜坡点,而且在周期超过0.4s的频段,斜坡段观测点的谱比表现出较明显的规律性,即越靠近顶点的观测点,其谱比值越大;坡底段地表不同观测点的谱比基本在脚点与计算边界点(人工边界点)对应的谱比值之间变化,在不同的频段均表现出较明显的规律性.凸起地形平台段宽度对地震动高频成分的放大效应具有较大影响,但只局限在一定的宽度范围内,随着宽度的增大,其对地形放大效应的影响逐渐减弱. 此外,台地宽度的变化对地震动峰值加速度的放大效应有一定的影响,而对峰值速度、峰值位移的放大效应的影响则不明显.      

静动力边界转换及其合理性验证方法的研究

繁琐复杂的静动力边界转换处理是进行静动力耦合模拟的关键步骤,为了研究黏弹性边界条件下传统静动力边界转换的合理性及其验证方法的适用性,本文首先根据弹性叠加原理提出了一种验证静动力耦合模拟分析中静动力边界转换合理性的方法（参考解法）;然后基于有限元软件ABAQUS,并结合自行研发的适用于成层介质的黏弹性边界施加和等效节点力计算程序VBEA2.0,对多土层自由场静动力耦合模型和土-地下结构静动力耦合模型进行了地震反应分析,对参考解法的适用性进行了探究;最后使用本文提出的参考解法,对一种典型的未进行合理静动力边界转换的自由场模型进行了分析,探讨了静动力边界转换产生振荡的原因和机理。研究结果表明：用于验证静动力边界转换合理性的参考解法,既适用于多土层自由场静动力耦合计算模型,又适用于土-结构相互作用的静动力耦合模型;静动力边界转换后产?生的振荡是静动力耦合计算模型静力不平衡所导致,一般是因为未合理施加边界反力或单元应力。     

考虑场地类别和断层距的地震动及结构响应参数相关性分析

为了研究场地条件和断层距对地震动参数及其与结构响应参数相关性的影响,本文基于NGA数据库中5 266条水平分量地震动记录,采用皮尔森相关系数,分析了不同场地条件和断层距下地震动参数之间的相关性及其与结构响应参数的关系。结果表明,场地条件和断层距对绝大部分地震动参数相关性会产生明显影响,但存在一些参数的相关性几乎不受场地条件和断层距的影响;以四层钢筋混凝土框架结构为例,发现在不同场地条件和断层距下,结构响应参数与地震动参数的相关性变化明显,这表明在研究结构响应与地震动参数相关性时需要考虑场地条件与断层距的影响。     

Grouping response method for equivalent static wind loads based on a modified LRC method

Wind loading is one of the most important loads for controlling the design of large-span roof structures.Equivalent static wind loads,which can generally aim at determining a specific response,are wid...     

罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构阻尼问题探讨

本文针对罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构的阻尼问题进行了一些算例和理论方面的探讨.总结了现有"规范"对于结构阻尼方面的规定;针对实际的高层混凝土和高层钢结构算例,探讨了各性能设计阶段结构等效阻尼比的变化情况,以及弹塑性阻尼对于结构静力推覆分析和能力谱方法计算结果的影响;探讨了不同的阻尼比对于罕遇地震弹性和弹塑性动力时程分析结果的影响;指出了将Rayleigh阻尼自然推广到弹塑性动力时程分析中所存在的问题;本文提出了实时阻尼比概念,通过算例分析表明可以较好地改进罕遇地震弹塑性动力时程分析中的阻尼问题.     

复阻尼地震反应谱的计算方法及其它

本文阐述了为什么要研究复阻尼地震反应谱问题,并给出了复阻尼地震反应谱计算的精确方法．实例计算结果表明,复阻尼反应港与常用的粘性阻尼反应谱之间存在着相当大的差异．文中还简述了复阻尼系统运动方程的建立方法。     

Comparative assessment of nonlinear static and dynamic methods for analysing building response under sequential earthquake and tsunami

This paper presents a comprehensive comparison of different dynamic and static approaches for assessing building performance under sequential earthquakes and tsunami. A 10-storey reinforced concrete seismically designed Japanese vertical evacuation structure is adopted as a case study for the investigation. The case study building is first assessed under sequential earthquake and tsunami nonlinear response history analyses: the first time this is done in the literature. The resulting engineering demand parameters are then compared with those obtained when the analysis procedure is systematically simplified by substituting different static approaches for the nonlinear response history analyses in both the earthquake and tsunami loading phases. Different unloading approaches are also tested for the cases when an earthquake pushover is adopted. The results show that an earthquake nonlinear response history analysis, followed by a transient free vibration and a tsunami variable depth pushover, provides the best alternative to full dynamic analyses in terms of accuracy and computational efficiency. This structural analysis combination is recommended and has the advantage that it does not require the tsunami inundation time history to be known in advance. The proposed double pushover approach is instead deemed only suitable for the collapse assessment of regular low to mid-rise buildings and for the development of collapse fragility functions. An important observation made is that sustained earthquake damage seems not to affect the tsunami resistance of the case study building when the fully dynamic analysis is carried out for the sequential loading. This observation will be the subject of future work.     

墩-水耦合计算模式及深水桥墩动力响应研究

为了研究地震作用下动水压力对深水桥墩的影响,以声波动理论为基础,通过对流体域边界条件的简化和流体域范围的探讨,建立了一种改进的墩-水耦合有限元模型,并提出了常用深水桥墩的理想流体域范围图。分别讨论了深水桥墩在简谐荷载、地震荷载作用下的动力响应,结果表明:动水压力增大了桥墩的动力响应,增幅在20%到50%之间,不可忽视;当桥墩基频越接近简谐荷载激励频率或地震波主频有效带宽区间时,动水压力的影响越大。     

水平向地震下双层岛式地铁车站结构的动力变形特征

根据南京地铁车站建设的实际背景,以浅埋于深厚软土场地中某个典型的两层双柱三跨的地铁车站结构为研究对象,对考虑SSI效应时地铁车站结构水平向非线性地震反应规律进行了研究。本文中主要探讨了侧向有软土层存在时地铁车站结构的水平向相对位移反应和加速度反应规律。结果表明:车站结构顶、底板之间的最大相对水平位移接近于自由场地对应点间的最大相对水平位移,而车站结构的侧向水平相对位移曲线明显区别于自由场地对应深度范围内两点间的水平相对位移曲线,采用三次多项式能很好地拟合车站接轨的水平相对位移沿侧墙高度的变化曲线,初步给出了各拟合参数用车站结构顶、底板间最低水平相对位移拟合的经验公式;同时,考虑SSI效应时,传递到车站结构基底处的峰值加速度反应明显大于自由场地对应点处的峰值加速度反应。     

利用静态、动态应力降比值判断东北地震震后趋势

统计分析2005年以来黑龙江及周边地区中强地震的频谱特征,分别计算各地震的应力降,利用静态与动态应力降比值,判断该区中强地震震后趋势。研究发现,2005年以来该区中强震Y值较大,在0.3—0.6,以孤立型地震为主。     

基于脉冲频响函数的MATLAB动力方程求解方法

提出一种基于脉冲频响函数并利用MATLAB求解的方法，由于脉冲频响函数利用卷积公式进行动力微分方法计算，因此，从理论上讲，它适合于任意外力下的动力方程求解，同时，MATAL又提供了卷积函数conv，所以，在MATLAB下求解动力方程将变得十分容易。     

汶川—映秀MS8.0地震的发震断裂带和形成的深层动力学响应

在印度洋板块与欧亚板块的碰撞-挤压作用下,不仅形成了喜马拉雅弧形山造山带,而且导致其东部弧顶—东构造结似一尖楔沿NNE方向插入青藏高原的东北缘.造成了巴颜喀拉块体和龙门山断裂系深、浅部构造强烈活动和变形,并导致高原腹地壳、幔物质以大型走滑断裂为通道边界向E-ES方向运移.2008年5月12日汶川—映秀M_S8.0地震就发生在这相对活动的巴颜喀拉块体与相对稳定的四川盆地之间的龙门山断裂系辖区内.基于该区深部壳、幔结构和主震（M_S8.0）与7万多次余震震中位置与震源深度的展布研究表明,汶川—映秀M_S8.0地震的发震断裂不是震中在地表投影位置附近,而是龙门山断裂系3条以不同角度西倾、且向下在15±5 km深处汇聚的断裂带CF.该发震断裂带不是一条简单的线性断裂带,而是一半径为5 km左右的柱状震源体,沿NE向展布.在青藏高原东北缘深部物质向东与向东南运动过程中地壳各层整体逐渐抬升,且在龙门山断裂系地带为减薄的转折部位,而地壳低速层却在这里尖灭.在两陆-陆板块碰撞力系作用下,壳、幔介质以上地壳底部低速层（深20±5 km）为上滑移面,并与上地壳解耦,而在深处则以岩石圈底部漂曳的软流层顶部（深100±10 km）为下滑移,故下地壳和上地幔盖层物质才能同步运动.它们在四川盆地高速“刚性”壳、幔物质阻隔下,龙门山断裂系的3条向下汇聚的断裂带与下地壳和上地幔盖层物质同步沿龙门山断裂系的断层面向上逆冲,当向上与向下同步运动的固态壳、幔介质二者在15±5 km深处强烈碰撞时激发了这次M_S8.0地震和一系列强余震的发生和发展.基于上述可见,对强烈地震孕育,发生和发展的深部介质与构造环境,深部物质与能量的交换、运移和深层动力过程的研究乃核心所在.     

A comparative analysis of seismic response of shallow buried underground structure under incident P,SV and Rayleigh waves

In this study, A time-domain seismic response analysis method and a calculation model of the underground structure that can realize the input of seismic P, SV and Rayleigh waves are established, based on the viscoelastic artificial boundary elements and the boundary substructure method for seismic wave input. After verifying the calculation accuracy, a comparative study on seismic response of a shallow-buried, double-deck, double-span subway station structure under incident P, SV and Rayleigh waves is conducted. The research results show that there are certain differences in the cross-sectional internal force distribution characteristics of underground structures under different types of seismic waves. The research results show that there are certain differences in the internal force distribution characteristics of underground structures under different types of seismic waves. At the bottom of the side wall, the top and bottom of the center pillar of the underground structure, the section bending moments of the underground structure under the incidences of SV wave and Rayleigh wave are relatively close, and are significantly larger than the calculation result under the incidence of P wave. At the center of the side wall and the top floor of the structure, the peak value of the cross-sectional internal force under the incident Rayleigh wave is larger than the calculation result under SV wave. In addition, the floor of the underground structure under Rayleigh waves vibrates in both the horizontal and vertical directions, and the magnification effect in the vertical direction is more significant. Considering that the current seismic research of underground structures mainly considers the effect of body waves such as the shear waves, sufficient attention should be paid to the incidence of Rayleigh waves in the future seismic design of shallow underground structures.