基于拟力法的剪力墙结构力学模型研究初探

剪力墙局部变形机制与整体变形之间的关系是建立基于拟力法的剪力墙结构理论模型的关键环节之一。拟力法以位移变化替代以往通过刚度变化求解非线性的思想,减少了刚度的存储空间,提高了求解效率和稳定性,为结构的非线性动力反应分析提供了理想的途径。首先简要介绍了拟力法的基本理论,论述了建立基于拟力法的剪力墙结构力学模型的核心思想;其次,系统总结了剪力墙分析的两大类方法、剪力墙的破坏形态、破坏机理及其骨架曲线确定方法的研究现状;最后,对基于拟力法的剪力墙结构力学模型的研究提出了建议及展望,这是对剪力墙分析的新的探索,也是对拟力法理论体系的补充和完善。     

基于拟力法的基础隔震结构抗震性能和能量分析

基于拟力法基本理论,建立了隔震结构杆系计算模型,同时考虑隔震支座的剪切变形和弯曲变形的影响,推导了基础隔震结构的运动方程和能量方程,编制程序对隔震结构进行地震下的动力非线性分析和能量分析。通过与SAP2000计算结果的对比,验证了本文方法的有效性和程序的正确性。数值算例结果表明,本文提出的方法与变刚度的时间积分法相比计算效率明显提高;本文方法可以考虑上部结构的非线性,可以得到隔震支座及上部结构各构件的塑性耗能;通过对比基础隔震结构和抗震结构在地震作用下的位移、加速度及耗能情况,证明了隔震结构的隔震效果。本文拓展了拟力法的应用范围,为隔震结构的动力非线性分析及能量分析提供了一种新思路。     

隔震桥梁减震效果分析

本文根据隔震桥梁的设计特点，分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减、隔震支座的桥梁延性塑性铰的非线性性能，计及隔震器与减震器的作用对桥梁结构非线性弹塑性动力反应进行了研究。在把桥梁结构和减震器作为整体考虑的情况下，用算例分析了隔震桥梁的减震效果。     

强震作用下高墩桥梁抗震性能特点分析

西部山区高墩桥梁通常是线路中的控制工程,本文结合西部山区典型高墩桥梁,基于纤维模型的有限元方法建立了高墩桥梁的非线性数值分析模型。通过采用增量动力分析法,即IDA方法对高墩桥梁结构进行了非线性动力时程分析,探讨了在横桥向强震作用下该结构墩身截面曲率的分布特点、墩身中部塑性区域的形成和发育、以及不同频谱特性的地震动激励下的破坏模式和损伤过程,在此基础上以截面曲率作为性能指标对高墩桥梁结构进入塑性后的抗震性能特点展开讨论,揭示高墩桥梁结构在高阶模态影响下抗震性能的复杂性。     

强震区轻骨料混凝土桥梁地震响应研究

为研究轻骨料混凝土桥梁的地震响应,以一座强震区典型连续梁桥为研究对象,在考虑轻骨料混凝土材料特性基础上建立桥梁结构有限元分析模型,采用非线性动力时程分析法进行结构地震响应分析,研究轻骨料混凝土材料布设位置对桥梁结构动力特性和地震响应的影响,并从内力和位移响应方面与普通混凝土桥梁进行对比。结果表明:与普通混凝土桥梁相比,仅上部结构或仅下部结构采用轻骨料混凝土对降低桥墩内力并不明显,而全桥采用轻骨料混凝土能够显著降低桥墩内力。轻骨料混凝土桥梁与普通混凝土桥梁地震内力和位移响应变化趋势不同,桥墩塑性发展程度和时间存在差异。采用轻骨料混凝土桥梁方案时,应综合考虑结构质量、刚度分布及材料塑性特性与普通混凝土桥梁的不同,合理确定抗震设计方案。     

某廊桥工程大震下的地震反应研究

廊桥结构是具有通行与休憩功能的桥梁结构,由于结构布置不均匀造成桥梁刚度变化很大。罕遇地震荷载作用下其安全性能研究很少,本文采用EPDA程序基于塑性铰理论建立杆件非线性分析模型,对某廊桥进行弹性与弹塑性时程反应分析,通过输入不同地震动以及输入方向的改变,分析廊桥结构的纵向与横向薄弱部位以及梁柱杆件屈服的顺序及塑性铰分布。分析结果表明,设置橡胶隔震支座的廊桥结构能够满足罕遇地震作用下结构延性与承载力要求,但其锁口梁破坏严重,应进行加强,同时建议对桥下部结构框架角部设置竖向腋。     

结构-地基体系水平与扭转位移耦合效应研究

采用动力理论对地基-结构非线性相互作用体系的振动方程进行了定性分析.基于多线性随动强化模型,采用非线性有限元法求解了基础和地基土之间的水平刚度与摇摆刚度,建立了结构-地基非线性相互作用体系的力学模型.利用拉格朗日能量法推导了结构水平位移和扭转相耦合的振动方程.采用多尺度法研究了结构-地基相互作用体系的主共振.通过分析不...     

桥A-237R基础的刚度研究

根据FHWA的报告，由土壤和桩的几何特性推出了桥梁基础刚度的线性和非线性计算方法。以桥A-237R为例，研究了基础刚度对结构响应的影响，并得出了基础的线性刚度可代替非线性刚度来计算结构的振动响应的结论。     

城市独柱墩桥梁结构体系非线性抗震研究

针对城市桥梁采用的独柱墩连续梁桥具有的缺点,提出了采用两跨T形刚构桥梁的结构形式。利用非线性时程分析方法,考虑钢筋混凝土桥墩材料的非线性,对两种桥梁结构在纵向地震动作用下的非线性地震反应行为进行了分析,得到了两种桥梁结构桥墩的弯矩、剪力、位移以及塑性铰转角时程。结果表明,在同一地震动作用下,T形刚构桥墩所受弯矩小于连续梁,所受剪力大于连续梁,桥墩塑性铰的转角远小于连续梁。因此,在同等损伤程度和保证桥墩抗剪能力的情况下,T形刚构比连续梁能够承受更强的地震。     

考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析

运用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,进行了考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥地震反应分析。考虑混凝土、土介质和悬索材料的非线性与考虑材料线弹性的计算结果比较表明,考虑材料非线性情况时,由于进入塑性阶段后的能量耗散,内力比考虑线性情况时小;而进入塑性阶段后,结构刚度变小,运动量要比考虑线性情况时大。     

隔震曲线梁桥不同等级地震的振动特性模拟分析

曲线桥梁抗震特性模拟分析对于曲线桥梁隔震、减震有着重要意义。基于隔震曲线桥梁设计过程中的特点,通过非线性水平弹簧单元对铅芯橡胶支座双向非线性的能力进行模拟,根据SAP2000科学选择强震观测地震波,并考量曲线桥梁本身存在的特性对桥梁振动特性产生的影响,针对隔震曲线桥梁在不同等级地震下振动特征进行模拟分析,其中,通过隔震曲线桥梁铅芯橡胶支座模型的构建和梁桥不同等级地震计算模型、输入地震波与传感器量测等步骤得到的模拟结果为:不同地震波与加速度峰值输入过程中,地震动较小下的支座水平刚度比较大,且结构相对稳定;地震幅值增大时,桥梁支座水平刚度减小,且支座的恢复力位移滞回变化曲线面积比较大,能够更多地将地震输入能量消散掉,减小能量不断向曲线桥梁上方传递的速度,可有效减轻地震反应,起到隔震的效果。     

地下结构地震反应分析拟静力法与动力非线性时程法的比较

以典型的两层三跨地铁地下车站结构为研究对象,采用基于自由场位移场频域等效线性分析结果的反应位移法和反应加速度法分析地下结构的地震弯矩,并与基于ABAQUS软件的地下结构地震反应非线性时程分析的计算结果进行了比较,对比了不同地震动强度、结构刚度及顶板埋深对地下结构地震弯矩的影响。结果表明:输入地震动强度越大,拟静力法与动力非线性时程法计算结果之间的差异越大;地下结构刚度越大,两者之间的差异也越大;中等强度的地震动作用时,相对于动力非线性时程法的计算结果,浅埋结构的拟静力法结果偏大,深埋结构的拟静力法计算结果偏小;反应位移法和反应加速度法的计算结果差异很小。该研究结果对地下结构抗震设计方法的比选具有一定的指导意义。     

基于Timoshenko梁理论纤维模型巨型钢框架结构非线性地震反应分析方法

巨型钢框架结构中,组成主结构的杆件截面高度很大,荷载作用下截面剪切变形对杆件承载力和塑性发展的影响不能忽略,即基于弯曲梁理论的截面纤维模型梁柱单元用于此类结构非线性分析时精度并不高.本文基于刚度法将截面纤维模型与Timoshenko梁理论结合,考虑剪切屈服与弯曲屈服相分离建立杆件单元刚度矩阵通过有限元软件MSC.Mar...     

钢筋混凝土箱型高墩双向拟静力试验研究

随着高墩大跨桥梁的广泛应用,其抗震问题也越来越突出。本文主要考虑轴压比、长细比的影响,进行了6个钢筋混凝土薄壁箱型高墩缩尺模型的双向拟静力试验,以及反复荷载作用下的非线性分析。研究表明：①钢筋混凝土薄壁箱型高墩柱在多维荷载共同作用下,主要发生典型的弯曲破坏,但剪切作用也不容忽视;②墩枉的破坏受到不同方向耦合作用的显著影响,尤其是抗弯刚度小的一侧受到的影响更大,较早就出现开裂,提前进入塑性发展阶段;③非线性有限元计算的滞回曲线、骨架曲线等与试验结果基本吻合;④建立了考虑轴压比、长细比影响的钢筋混凝土薄壁箱型高墩的双向荷载一位移恢复力模型,该模型基本能够反映钢筋混凝土薄壁箱型高墩的抗震性能,可供钢筋混凝土箱型高墩柱及高墩桥梁结构的抗震设计和动力计算参考。     

基于概率地震需求模型的兰新高铁桥梁近断层地震易损性分析

位于断裂带附近的兰新高铁硫磺沟大桥长期受到近断层地震作用的威胁。为分析该桥梁的地震易损性,利用OpenSees软件建立含三维土层结构的桥梁非线性有限元模型,采用增量动力分析法和概率地震需求模型,以该桥梁的4个典型连续桥墩为研究对象,考虑桥梁材料的不确定性,运用拉丁超立方抽样方法得到大量模型-地震动样本,进行非线性动力响应分析,并通过一阶界限法得出桥梁系统易损性曲线的上下界限。研究结果表明：桥梁系统抗震性能良好,在该地区的极罕遇地震动下完全破坏概率低于30%;单个桥墩的抗震性能优秀,在极罕遇地震动下完全破坏概率仅为6.92%;地震动荷载达到0.35g时桥墩处于弹性阶段与塑性阶段的临界点;相对较高的桥墩(3~#、4~#桥墩)比相对较低的桥墩(1~#、2~#桥墩)刚度更大,变形和耗能能力更强。文章评估了近断层地震作用下兰新高铁硫磺沟大桥的抗震性能,可为震前的风险预防与震后的救灾减灾决策提供重要依据。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷栽作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明：当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

桥梁高墩合理计算模型探讨

采用弹塑性梁柱单元和弹塑性纤维梁柱单元分别建立桥梁墩柱的两种计算模型,深入讨论了桥梁墩柱在地震作用下,塑性铰形成、塑性区扩展以及塑性转角、墩顶位移等结构需求,针对弹塑性梁柱单元模型中不同单元划分数量对墩柱地震需求的影响也进行了比较分析。计算结果表明,高阶振型对桥梁高墩地震响应贡献较大,其塑性转角、墩顶位移等地震需求的变化规律与中、低墩明显不同。桥梁高墩在墩身中部及墩底同时形成塑性铰,且塑性区随地震激励的增强而扩展。单元划分数量对桥梁墩柱的塑性转角、墩顶位移等地震需求均有较大影响,最后讨论了两种计算模型在墩柱地震需求计算时的适用性。     

强震下港珠澳连续梁隔震桥抗震性能研究

以实际港珠澳大跨度连续梁隔震桥为研究对象,采用纤维塑性铰单元模拟钢筋混凝土桥墩的非线性状态,建立其三维全桥有限元模型,对隔震及非隔震桥梁进行时程分析,采用桥墩曲率延性比和支座极限容许位移作为桥梁损伤破坏指标,定量评价隔震及非隔震桥梁在罕遇和极罕遇地震作用下的抗震性能,探讨隔震桥梁和非隔震桥梁的破坏模式;并研究材料非线性对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明：是否考虑材料非线性,对非隔震桥梁结构地震响应影响较大,对隔震桥梁影响较小;强震下隔震桥梁抗震性能明显高于非隔震桥梁,且破坏模式也不同于非隔震桥梁;隔震桥梁很好地保护桥墩构件,桥墩未发生任何损伤,而非隔震桥梁其桥墩在极罕遇地震作用时进入了严重破坏状态,且桥墩构件先于盆式支座发生损伤破坏。     

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。     

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。