地下铁质管线磁偶极子构造法正演单元划分策略

地下铁质管线经过地球磁场的磁化产生磁异常,对铁管磁异常进行数值分析可以帮助探测地下铁管的位置.为了在保证磁偶极子构造法地下铁质管线探测面磁异常正演准确性的前提下,尽量减少正演计算时间,在相对球坐标系中建立了管道单元划分策略分析模型,分析了测点空间位置对不同单元划分条件下磁异常计算差异的影响.研究结果表明:不同单元划分计算测点磁异常差异仅与距径比有关,相对误差与单元磁化率和外磁场特征无关;随着距径比增大,磁异常计算差异逐渐减小.在6.5倍距径比范围内,使用分块单元划分建立地下管线磁异常计算模型,在6.5倍距径比范围外,使用分节单元划分建立地下管线磁异常计算模型,不仅保证了管道磁异常正演计算的准确性,而且能够提高管道磁异常计算速率.     

场地局部效应对地下管线的影响

将实际地震动看作非平稳随机过程,地震动不仅具有时域非平稳性,而且具有频域非平稳性。SMART-1台阵地震记录分析结果已证实,地震时地面上各点在同一时刻的地震动时变自功率谱存在一定的差异。时变自功率谱的差异对地下连续管线的影响还不十分清楚。利用随机振动理论中的虚拟激励法计算了均匀介质中地下连续管线纵向和横向的地震响应,给出了场地局部效应对均匀介质中地下连续管线的影响。分析结果表明,场地局部效应对均匀介质中地下连续管线地震反应的影响很小。因此,实际计算时可忽略场地局部效应。     

沉陷区域埋地管线数值模拟分析

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。本文考虑了材料非线性、几何非线性以及管土接触非线性,将管线计算分析模型模拟为四节点薄壳单元结构,周围填覆土体采用八节点六面体单元划分。管土相互作用模拟为三维刚性与柔性的面面接触单元结构,并采用线性位移加载来模拟土体的沉陷作用,对三维薄壳有限元模型进行数值计算分析。通过比较不同参数,如沉陷长度、沉陷深度、埋深、管径、径厚比、土特性等对管线的反应影响,得出管线在沉陷情况下的应力和应变的关系,通过算例分析,说明了该方法能更好地模拟管线的破坏过程,该方法将为沉陷区域埋地管线数值模拟提供理论分析依据。     

不同模型对足尺钢框架振动台试验模拟的影响

本文分别采用纤维单元模型和塑性铰单元模型对一个四层足尺钢框架振动台试验进行模拟分析,在三维空间非线性分析程序Perform-3D中进行动力非线性分析,比较分析结果,并与试验结果对比,以研究两种模型应用于钢框架整体结构非线性分析的计算精度。文中并讨论了纤维单元模型截面纤维的划分、塑性区长度的取值等问题。最后对采用组合梁的整体结构模型进行了动力非线性分析。结果表明,纤维模型的建模速度比塑性铰模型快,但塑性铰模型能模拟结构的倒塌时间。Perform-3D程序的纤维单元模型和塑性铰单元模型用于计算我国规范规定的7度和8度地震作用的多层钢框架结构,其结果是真实可靠的,而且计算结果偏于安全。     

地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究

随着城市轨道交通系统,尤其是地铁的大规模建设,城市轨道交通系统的安全问题已经成为重中之重。地铁系统要在长时间的运行周期内保证安全,就必须具有良好的抗震性能。对于地下结构抗震问题,模型试验和数值计算是必不可少的两种手段,合理且简便的抗震设计方法是研究所要达到的目标,而地下结构周围土体材料的非线性动力本构模型是研究中的难点。本文对地下结构的地震反应规律和抗震设计方法进行了深入研究,取得了如下研究成果:(1)土的本构模型。根据Hardin和Drnevich提出的土体动应力-应变关系曲线以及其在非等幅往返荷载作用下的Pyke修正,结合Dafilias和Popov等人提出的边界面理论,构造了基于Hardin曲线的土体边界面本构模型,并在ADINA中利用自定义材料的二次开发实现了该本构模型。(2)二维有限元动力计算。采用Opensees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析,并通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比,分析了各因素对可液化场地地震反应的影响;然后对饱和砂土中带中柱箱型隧道的地震反应进行了输入不同幅值地震动时的动力计算,分析了场地和结构的加速度反应及其频谱特性、场地的永久变形、隧道的变形和位移、以及隧道的内力分布,揭示了可液化土层中箱型隧道的地震反应规律和震害机理。(3)饱和砂土中地下结构地震反应振动台试验。完成了饱和砂土中地下结构地震反应的振动台试验,从孔压、土层加速度、土层频谱、地下结构加速度、地下结构频谱、动土压力和地下结构应变等方面分析了试验结果,并观测了宏观的试验现象,分析了饱和砂土场地以及其中埋置的地下结构的地震反应规律。(4)三维有限元动力计算。在Opensees计算平台中建立了穿过饱和砂土和粘土分界面箱型隧道的三维有限元模型并且进行了动力数值计算,对比分析了分界面两侧的土层和隧道的地震反应,此外,亦分析了沿隧道纵向地表竖向位移、隧道变形和隧道内力的分布,揭示了饱和砂土和粘土对隧道地震反应的不同作用,探索了穿过饱和砂土和粘土分界面的箱型隧道的地震反应规律和震害机理,对实际工程建设中此类隧道的抗震研究具有重要意义。(5)地下结构横截面抗震设计方法。详细介绍了反应位移法的原理和具体内容,以动力时程计算的结果作为参照,比较了几种地基弹簧参数取值方法计算结果的准确性;然后在反应位移法的基础上提出了大震下地基弹簧参数取值的非线性修正,并对其计算结果进行了验证;最后又依据地基弹簧参数取值的非线性修正,进而提出了基于反应位移法的地下结构简化pushover分析方法,并根据一具体算例对其计算结果进行了验证。(6)地铁隧道纵向抗震设计方法。介绍了几种常见的隧道纵向抗震设计方法,例如,BART法、质点-弹簧模型法和反应变位法等;然后将桩-土相互作用的p-y曲线弹簧引入到了地铁隧道的纵向抗震设计中,建立了超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型,并且通过对该模型的Pushover分析给出了地铁隧道的一种纵向弹塑性设计方法;最后通过多点激励对超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型进行了动力数值计算,得到了隧道纵向内力和变形的一些规律。     

液化场地地下管线地震反应研究述评

本文简要介绍了地下管线的震害特征和主要影响因素。对国内外在液化场地地下管线方面的研究现状从试验研究和理论分析2个方面进行了论述并探讨了液化场地地下管线反应需进一步研究的一些问题。     

深圳老街地铁车站结构完全相互作用体系三维地震动力响应分析

为更深入认识复杂高层建筑相互作用体系的动力响应特性,结合具体工程背景分别采用罚函数算法和无限单元描述界面接触特性和动力边界,并在此基础上建立大规模深圳老街地铁车站上部结构-地下结构-地基完全相互作用体系三维有限元模型,针对场地土层对基岩输入地震动的影响,对地下连续墙动土压力变化规律以及结构动力响应特性进行了分析,对深圳老街地铁车站结构完全相互作用体系抗震性能进行了评价,可为相关工程设计和具体实践提供参考。     

用ANSYS模拟结构-地基动力相互作用振动台试验的建模方法

本文以结构－地基动力相互作用振动台模型试验为基础，结合通用有限元软件ANSYS，对结构－地基动力相互作用体系进行有限元计算建模的一些问题作了研究，主要包括柔性土容器的模拟、土体动力本构模型的选用、土体与结构交界面上的状态非线性模型、网格划分、重力的考虑、结构中钢筋的处理以及对称性的应用等。文中给出了利用上述建模方法对结构－地基动力相互作用体系进行计算的一些加速度时程结果，并与试验结果相对照，吻合较好。通过计算分析，验证了简化处理方法的合理性和计算模型的可行性。     

地震波作用下地下管道试验的数值模拟方法

以模型试验几何尺寸建立有限元数值模拟模型,全面给出了地下管道地震动作用的三维有限元建模及分析研究的主要步骤,建立柔-柔接触面来反映管-土相互作用,利用拉格朗日乘子法求解接触效应;通过ANSYS和MATLAB的交互使用,对土体四周及底部定义的粘弹性边界实现能量辐射,减小边界效应;考虑试验模型与实际模型的比例,对原始地震波加速度时程曲线进行缩尺处理,模拟得到的管道响应规律与试验结果吻合较好,表明该数值模型是合理的。在此基础上讨论了管道在地震波作用下的位移、加速度和应力的动力响应,并提出了相关实用的工程建议,为地下管线等长线型地下结构的地震响应理论分析提供参考。     

地铁地下结构在轴向传播剪切波作用下反应的简化计算方法

求解地铁地下结构的隧道-土体系统在沿轴向传播的剪切波作用下的反应一般使用常规的拟静力方法,该方法只能简单考虑系统的静力刚度特性而忽略了波的传播对于土体刚度的影响。通过动力有限元分析发现,此方法在某些情况下可能引起很大的误差。在研究了隧道-土体系统的动力相互作用机理的基础上,本文提出了一种对于此类动力反应问题的简化计算方法和相应的经验公式。本方法能够全面考虑隧道-土体系统的运动相互作用和惯性相互作用,通过与动力反应分析结果的对比发现,它具有令人满意的精度;由于采用了与传统拟静力方法相似的简单形式,这种方法容易在设计实践中得到应用。     

基于多卫星平台永久散射体雷达干涉提取三维地表形变速度场

永久散射体雷达干涉(PSI)技术及其应用于区域地表形变监测已成为雷达遥感领域的研究热点之一.使用单一卫星平台所获取的单侧视SAR影像时间序列进行PSI分析,仅能获取沿雷达视线(LOS)方向的一维地表位移信息.本文提出了基于多平台永久散射体雷达干涉提取三维地表形变速度场的模型与算法,其基本策略是:首先针对每一卫星平台的SAR影像时间序列进行PSI分析,并计算各地面目标沿LOS向的位移速度值,然后联合各平台所对应的LOS向位移速度值进行建模,并基于最小二乘方法解算各地面目标的三维位移速度分量.实验选取天津市西北部作为测试区,使用2007—2010年所获取的39幅TerraSAR-X影像、23幅ENVISAT ASAR影像和16幅ALOS PALSAR影像进行分析,经联合解算得到了该测试区域的垂直位移速度场以及南北向和东西向水平位移速度分量.与地面水准和已有GPS观测结果对比分析表明:多平台PSI的垂直位移速度场精度可达毫米级,而其水平位移速度分量与已有GPS结果基本一致.多平台PSI分析无需引入任何外部形变参考信息,便可以实现形变场的偏差校准和三维形变场的恢复.     

Statistical Estimation of Dose-response Functions of Respiratory Diseases and Societal Costs of Haze-related Air Pollution in Brunei Darussalam

— The effects on human health resulting from the January to April 1998 haze-related air pollution episode in Brunei Darussalam were analysed for five groups of diseases of the respiratory system. The analysis concentrated on the statistical estimation of dose-response functions which related the number of cases of respiratory diseases to the level of quality of ambient environment as measured by the pollutants standards index (PSI) and other environmental variables. The total number of cases of the five groups of diseases was shown to be significantly related to PSI and temperature. Societal costs were also estimated. The results showed that societal costs were significantly related to PSI, temperature and relative humidity. Societal costs increased with higher PSI and relative humidity but decreased with increasing temperature.     

土-结构相互作用分析中几类地震输入方式的比较

地震作用下土-结构动力相互作用的整体有限元分析需要在人工边界处输入地震动。目前可能采用的地震输入方法包括黏弹性边界自由场输入方法、自由场应力方法、自由场位移方法以及侧边界自由方法。由于采用近似人工边界条件或者未完全考虑地震自由场,上述地震输入方法均为近似方法。本文以大开地铁车站二维有限元分析为例,根据规范建议的边界位置,研究了上述地震输入方法的精度,研究成果可为土-结构相互作用分析的合理地震输入提供一定参考。     

Predictive stability indicator: a novel approach to configuring a real‐time hybrid simulation

Real‐time hybrid simulation (RTHS) is an effective and versatile tool for the examination of complex structural systems with rate dependent behaviors. To meet the objectives of such a test, appropriate consideration must be given to the partitioning of the system into physical and computational portions (i.e., the configuration of the RTHS). Predictive stability and performance indicators (PSI and PPI) were initially established for use with only single degree‐of‐freedom systems. These indicators allow researchers to plan a RTHS, to quantitatively examine the impact of partitioning choices on stability and performance, and to assess the sensitivity of an RTHS configuration to de‐synchronization at the interface. In this study, PSI is extended to any linear multi‐degree‐of‐freedom (MDOF) system. The PSI is obtained analytically and it is independent of the transfer system and controller dynamics, providing a relatively easy and extremely useful method to examine many partitioning choices. A novel matrix method is adopted to convert a delay differential equation to a generalized eigenvalue problem using a set of vectorization mappings, and then to analytically solve the delay differential equations in a computationally efficient way. Through two illustrative examples, the PSI is demonstrated and validated. Validation of the MDOF PSI also includes comparisons to a MDOF dynamic model that includes realistic models of the hydraulic actuators and the control‐structure interaction effects. Results demonstrate that the proposed PSI can be used as an effective design tool for conducting successful RTHS. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd     

A simplified 3D model for soil-structure interaction with radiation damping and free field input

This paper addresses the time history finite element analysis of rock-structure interaction. Modeled is not only the lateral energy dissipation, but also the interaction between the far field and the numerical model itself. This is accomplished by a preliminary analysis of the far field as a shear beam (for lateral excitation), and then velocities and displacements are transferred to the model as nodal forces through damping and stiffness matrices respectively. Details of the finite element implementation are given, along with an extensive series of simulations comparing this method, with the one of Lysmer for both 2D and 3D models. The model is derived from the principle of virtual work, and its implementation does not require any modification of existing finite element codes, only clever pre and postprocessing of results are needed.     

考虑土-结构相互作用的高层建筑抗震分析

本文采用通用有限元程序ANSYS,针对上海地区一例土-箱基-高层建筑结构进行了三维有限元分析,计算中土体的本构模型采用等效线性模型,利用粘一弹性人工边界作为土体的侧向边界,并研究了土体边界位置、土性、基础埋深、基础形式以及上部结构刚度等参数对动力相互作用体系动力特性及地震反应的影响。     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

A hybrid distinct element–boundary element approach for seismic analysis of cracked concrete gravity dam–reservoir systems

This paper proposes a new algorithm for modeling the nonlinear seismic behavior of fractured concrete gravity dams considering dam–reservoir interaction effects. In this algorithm, the cracked concrete gravity dam is modeled by distinct element (DE) method, which has been widely used for the analysis of blocky media. Dynamic response of the reservoir is obtained using boundary element (BE) method. Formulation and various computational aspects of the proposed staggered hybrid approach are thoroughly discussed. To the authors' knowledge, this is the first study of a hybrid DE–BE approach for seismic analysis of cracked gravity dam–reservoir systems. The validity of the algorithm is discussed by developing a two-dimensional computer code and comparing results obtained from the proposed hybrid DE–BE approach with those reported in the literature. For this purpose, a few problems of seismic excitations in frequency- and time-domains, are presented using the proposed approach. Present results agree well with the results from other numerical methods. Furthermore, the cracked Koyna Dam is analyzed, including dam–reservoir interaction effects with focus on the nonlinear behavior due to its top profile crack. Results of the present study are compared to available results in the literature in which the dam–reservoir interaction were simplified by added masses. It is shown that the nonlinear analysis that includes dam–reservoir interaction gives downstream sliding and rocking response patterns that are somehow different from that of the case when the dam–reservoir interaction is approximated employing added masses.     

桩-土-结构相互作用弹塑性地震反应分析

采用动力有限元时程分析方法，以多高层框架结构为对象，研究了水平地震作用下桩-土-结构相互作用时上部结构弹塑性动力特性和规律。结果表明，弹塑性分析和弹性分析引起的结果有较大的差异；考虑弹塑性相互作用后柱的剪力、轴力和弯矩在不同的楼层有放大现象，按折减方法来考虑相互作用并非总是安全的，柱的剪力、轴力、弯矩和等效应力的折减系数沿楼层变化曲线不尽相同，应引起注意。     

土-结构相互作用地震反应分析软件及其二次开发

本文简要介绍了目前在土-结构相互作用分析中常用的有限元软件ANSYS7.0、FLAC和MSC.M arc,通过比较评价其各自优缺点和适用性后,根据高层建筑结构土-结构相互作用地震反应分析的特点,建议利用带有灵活接口的大型非线性有限元分析软件MSC.M arc作为其分析工具,并尝试对MSC.M arc进行二次开发,将多层土E-B本构关系模型作为子程序加入其中。