超长混凝土框架结构地震反应行波效应研究

针对目前结构行波效应研究现状,文中借助建筑结构通用有限元软件Midas/Gen,采用一致与非一致2种激励方式对长度为33～264m的3层钢筋混凝土框架结构进行弹性时程分析.通过对比一致与非一致激励下的柱弯矩,剪力以及轴力,详细讨论其随波速、长度以及不同部位的变化规律.结果表明:柱内力都遵循波速越慢,结构长度越长,行波效应越明显.框架柱弯矩第1层与2、3层差异比较大,增大的柱主要集中在结构第1层两端,1层中部和2,3层的柱均表现为减小;剪力与弯矩有相似的变化规律,只存在量上的差别,正负剪力与弯矩分别最大差异只有4.4%,-4.5%;波速、长度的改变对柱轴力的影响有限,变化幅度不超过2.7%.     

基于人工地震波作用下大跨度悬索桥多点激励地震响应分析

为研究大跨度悬索桥在多点激励作用下的地震响应规律,在已有的功率谱模型基础上提出了改进的功率谱模型,并将其应用到人工地震波合成过程中。以某水库上主跨720 m双塔单跨悬索桥为研究对象,用Midas civil建立全桥有限元模型,采用大质量法进行不同波速多点激励地震响应分析。结果表明:大跨度悬索桥在多点激励作用下的主塔内力响应、主塔位移响应及主梁位移响应均受行波效应、衰减效应、不相干效应及衰减后地震波叠加效应影响,且最终的响应值由衰减后地震波的叠加效应与衰减效应的共同作用决定;500 m/s多点激励下衰减后的地震波叠加加强效应与衰减效应共同作用后,对主塔轴力响应、主塔塔底顺桥向剪力响应、左塔上横梁处剪力和弯矩响应的加强效果最大;各波速多点激励下,主塔顶顺桥向位移响应相对变化率均大于零且几乎保持不变,主梁两端顺桥向位移响应相对变化率在1 000 m/s波速取得最大值,主梁竖向位移响应在500 m/s取得最大值并随波速的增加逐渐接近一致激励情况。     

正弦行波激励下单层偏心框架结构扭转响应的解析解

文中针对单层偏心框架结构,利用正弦行波激励研究了质量偏心率和激励频率对偏心框架结构行波扭转响应的影响规律.建立了行波激励下单层偏心框架结构的振动方程,采用相对运动法求解给出了正弦行波激励下单层偏心框架结构楼板的质心平动位移和转角位移以及楼板扭矩和柱剪力的解析解.计算了一个钢筋混凝凝土单层偏心框架结构的峰值楼板扭矩和峰值...     

行波效应对铁路大跨长联连续刚构桥地震反应的影响

介绍了多点激励下结构运动方程的求解方法。以某大跨度铁路连续刚构桥为工程背景,用有限元软件MIDAS建立了结构有限元模型,选取地震波波速为主要参数,对某铁路大跨长联连续刚构桥进行了考虑行波效应的时程反应分析,并与一致激励下的结果进行了对比。结果表明:考虑行波效应后,跨中截面的弯矩增大,而墩底截面的弯矩减小。在梁部结构的抗震设计中应考虑行波效应的影响。     

钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应影响分析

为揭示河谷场地"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"地震响应规律,以京昆高速公路"干海子特大桥"为工程背景,建立其三维有限元动力计算模型;采用有限元与间接边界积分方程耦合法(FEM-IBIEM耦合法)进行场地反应计算,并通过多点激励(改进LMM法)方式进行地震动输入,研究行波效应、局部场地效应对其地震响应影响,并和一致激励进行比较,结果表明:该类桥梁低墩较高墩对地震动更敏感,且在墩高突变区域最为明显;较一致激励和高墩和对应梁跨,行波效应增大其墩底轴力、跨中下弦杆和斜腹杆轴力,但减小其它量测值;低墩和对应梁跨,行波效应减小其墩底弯矩、墩顶位移和跨中位移;较一致激励和行波效应,局部场地效应显著增大了大多桥墩和梁跨的位移和内力,且对墩高突变处低墩、梁跨的放大作用最为明显,因此对于河谷场地中"钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥"抗震设计,特别是墩高突变区的低墩和梁跨,必须重点考虑局部场地效应的影响。     

地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

行波效应对斜拉桥索力的影响分析

针对斜拉桥的行波效应,结合工程实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元和空间杆单元建立计算模型,研究了斜拉桥索力在多点激励与一致激励下的地震反应,给出了斜拉桥索力的时程响应曲线。分析结果表明:不同的地震波显著影响斜拉桥索力的地震反应;在考虑行波效应时,斜拉桥的索力大于一致激励时的计算结果;随着剪切波速的增大,索力的变化并无明显的规律。     

地震动空间变异性对千米级斜拉桥结构随机地震反应的影响

基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为背景,对超大跨度斜拉桥在随机地震荷载作用下的动力响应展开研究,详细分析地震动空间变化特性对千米级斜拉桥结构动力响应的影响.研究结果表明:相干效应对主梁纵向弯矩影响比较大,尤其是中跨部位;而局部场地效应相对影响较小.对于主梁轴力而言,行波效应影响较为显著,主梁轴力的最大值增大约70%之多,但对竖向剪力并无突出影响.与一致激励比较,行波效应使得跨中竖向位移均方根增大约74%,相干效应为60%,而局部场地效应为13%.对于不同的内力和位移响应,地震动空间变化特性的影响程度和规律不尽相同,必须区别对待,具体问题具体分析.     

多点激励的高位隔震单层柱面网壳振动台试验

为研究单层柱面网壳结构橡胶支座隔震的效果以及地震动行波效应对隔震网壳地震响应的影响,采用高阻尼橡胶支座对网壳缩尺模型进行高位隔震,输入多组实际地震波进行振动台试验,包括一致激励及视波速1 000m/s、500 m/s和250m/s,测试结构的加速度、位移及杆件应变等动力响应。试验结果表明:HDR支座高位隔震有效延长大跨网壳结构的自振周期,上部结构所承受的总水平地震作用值降低烈度1~3度,隔震后上部结构的运动趋于同步。行波激励下,结构地震响应沿地震波传播方向相对逐渐增大,地震波传出端附近的隔震支座剪切变形明显增大,按一致激励设计偏于不安全。     

行波激励下考虑结构碰撞的非规则桥梁抗震性能研究

基于动力学基本原理,建立非规则桥梁的多自由度动力简化模型,根据拉格朗日方程推导简化模型的动力方程,结合龙格—库塔方法,采用自编程序研究行波激励下非规则桥梁综合考虑支座摩擦滑移、结构碰撞等非线性因素作用时的抗震性能。结果表明,行波效应和碰撞效应的共同作用可使矮墩的弯矩需求增大;行波激励可使板式橡胶支座位移增大,地震波最后到达的桥墩其上方支座位移峰值增加最为明显;相比高墩,地震作用下矮墩上部的板式橡胶支座易发生滑动。因此非规则桥梁进行防碰撞设计时应考虑行波激励及支座摩擦,找出相邻结构的最大碰撞力,以指导设计。     

Shaking table test of utility tunnel under non-uniform earthquake wave excitation

A series of shaking table tests were conducted on scaled utility tunnel models with and without construction joints under non-uniform input earthquake wave excitation. Details of experimental setup are first presented with particular focuses on: design and fabrication of double-axis laminar shear box with a rectangular hole opened on its side walls; design of two devices for measuring the slippage between the interface of test soil and the structure, and the relative deformation and rotation between joints of the structure model; and procedure for construction of input earthquake wave. The experiments were conducted in three phases. Phase 1 is free-field test. A 2-norm index is suggested to quantify the boundary effect and it is found that the designed laminar box does not impose significant boundary effect. Phases 2 and 3 are model tests in longitudinal and transversal directions, respectively. Test results are discussed in items of shear force–slip relationship at the soil–model structure interaction surface, movement and rotation of the construction joint, and effect of non-uniform earthquake input. The comparison shows that structural response under non-uniform earthquake excitation is larger than that under uniform excitation. The effect of spatial distribution of earthquake excitation should be considered in the seismic design of utility tunnel.     

地下管线三向地震动一致激励与非一致激励数值分析

基于某工业地下管道建立有限元模型,考虑管土相互作用和行波效应,综合分析在三向地震动一致激励与非一致激励下的管道动力响应结果,并且简单分析部分相关因素对管道动力响应结果的影响。结论如下:对于地下管道来说,非一致激励与一致激励作用下的位移响应曲线在峰值和形状方面存在较为明显的不同,具体表现为:非一致作用水平向位移远大于一致作用,而竖直向位移稍大于一致作用;对于应力响应,不管一致还是非一致激励,同一截面各处的应力响应有明显不同,并且总体来说非一致作用下较大;位于管道走向变化段、土层变化处和管道弯曲段的截面的位移响应峰值和应力响应一般会产生突变,说明这些因素对管道的动力响应具有较为明显的影响。     

多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析某大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致和非一致激励作用不同地震工况下的空间地震响应。研究结果表明:非一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值出现在拱脚和边墩附近;地震波组合输入较其单向输入拱脚轴力和面内弯矩最大分别可达1.28和8.32倍;非一致输入较一致激励作用拱脚轴力和面内弯矩分别可达2.5和8.4倍;地震波横向输入较纵向输入横向位移峰值比可达2.4倍,纵向输入较横向输入纵向位移峰值比可达2.6倍;结构的支座形式对结构构件地震响应结果也有一定影响;建议大跨度钢桁拱桥抗震设计应充分考虑地震波的空间和时间效应。     

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。     

哪吒大桥地震响应分析

建立了哪吒大桥———钢桁加劲梁悬索桥的三维有限元计算模型,对该桥进行了振动特性和地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑局部场地效应、行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,由于悬索桥的钢桁加劲梁采用半飘浮体系,纵向约束较弱,桥梁第1阶振型为钢桁加劲梁的纵飘;各阶振型的频率呈现出密集分布的形态;考虑地震波传播速度产生的行波效应的影响,桥梁的地震响应与一致激励下的地震响应有一定差异;局部场地效应对哪吒大桥的地震响应影响较大,特别是对大缆应力及结构变形影响很大;哪吒大桥在7度设防(地震波峰值加速度不超过0.15g)时,大桥的抗震安全性是可以得到保证的。     

卵石土场地地震反应特征振动台试验研究

为研究卵石土场地地震反应特征,基于四川成都典型卵石土场地,通过振动台模型试验研究卵石土场地在不同地震波、不同地震强度激励下的加速度峰值放大系数、加速度频谱反应及动土压力反应,并且对其场地地震反应非线性效应及土体动剪应力-动剪应变关系进行分析。结果表明：卵石土场地表层土层对地震波具有明显的放大效应,加速度峰值放大系数介于1～1.4之间,下部土层放大效应较小,加速度峰值放大系数介于0.9～1.2之间。卵石土场地对地震波具有低频放大,高频滤波的作用,滤波频率上、下限随激励强度的增大逐渐向低频方向移动。激励强度较小时,土体尚未破坏,动土压力在地震过程中逐渐增大;随着激励强度的增大,动土压力反应明显增大,表现出骤减后逐渐增大的现象。在激励强度较小时(SN1),中部土体最先进入非线性反应阶段,地震波在中部土层能量损耗最大;激励强度较大时(EL3),土体均发生了较大变形,土体最大动剪应变达到1.7%,此时卵石土场地对地震波的放大作用明显减弱。     

Response of an arch dam to non-uniform excitation generated by a seismic wave scattering model

Non-uniform ground motions are generated based on a single record available at a site and seismic wave scattering analysis. The Chino Hills 2008 earthquake records at the Pacoima Dam site are used to indicate the accuracy of the method. Dynamic analysis of the Pacoima dam-reservoir-foundation under uniform and non-uniform ground motions is carried out using the EACD-3D2008 software, and the results are compared to recorded responses at different locations on the dam. There is good agreement between computed and recorded displacements of the dam for non-uniform excitation. For uniform excitation, the displacements are underestimated in comparison with those obtained from recorded excitation. Significant intensification of stresses, especially near the foundation, and different patterns of stress distribution are observed for non-uniform excitation in comparison with uniform excitation. For uniform excitation maximum stresses occur in the crown cantilever near the crest, but for non-uniform excitation the maximum stresses occur along the sides and near the foundation.     

地震动差动作用下大跨度空间网壳结构的反应分析

选取100m跨度的双层柱面网壳结构为研究对象,采用时程分析法,分别进行了结构在单向和三向地震行波输入作用下的反应分析,并针对多种视波速情况进行了研究,考查了地震动不同输入情况下结构杆件内力的分布特点,对其进行了对比分析,为大跨网壳结构的抗震设计提供了理论依据。研究表明,考虑行波效应会使结构部分构件内力有一定程度的提高,多维地震作用比单维地震作用下结构的杆件内力大。由此得出结论：对于大跨度空间网壳结构,应该进行多维非一致输入下的地震反应分析;为保证抗震安全,应对可能出现的地面视波速进行全面分析。