基于不同破坏指数的建筑物震害预测不确定性分析

结构地震破坏指数是将结构地震破坏程度进行量化的指标,其应用领域十分广泛。本文针对建筑结构震害预测工作,选取了7种典型的破坏指数,分别以5层和17层钢筋混凝土结构为模型,计算了在给定地震动作用下,结构模型对应于每个破坏指数的结构震害等级。计算结果表明:由于选取的破坏指数以及相应的破坏等级划分不同,建筑物的震害预测结果会存在较大的差异,尤其在接近设防烈度的地震作用下,建筑物的震害预测结果存在很大的不确定性。     

地震作用下结构-设备耦合体系动力相互作用研究

为了研究结构系统与设备系统的动力相互作用,设计并制作了1个由钢筋混凝土框架结构和钢结构单自由度振子组成的结构-设备耦合体系模型,并进行了振动台试验。试验测试了模型结构在不同地震波峰值加速度下的动力特性、位移反应和动应变。根据试验结果,分析了耦合系统的受力过程和破坏机理。采用ABAQUS进行有限元分析,分析了设备与结构不同质量比参数情况下,耦合模型和堆聚质量模型频率特性以及地震响应的差异。研究表明:在地震作用下会形成非线性结构-弹性设备的耦合体系;结构屈服后设备的动力放大系数小于屈服前的放大系数;耦合体系的计算频率小于堆聚质量体系的计算结果,地震响应大于集中堆聚体系,质量比越大,两者的差异也越大。     

中高层大开间钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能研究

对一中高层大开间钢筋混土异形柱框架结构１／６比例模型进行了地震模拟振动台试验。研究结构从弹性,开裂,屈服直至破坏等各地震反应,揭示了结构的动力特性及破坏形态,结果表明,该结构体纱具有良好的抗震性能。     

考虑流固耦合的水中结构物地震反应方法

基于运动控制体的雷诺输运定理,采用任意拉格朗日-欧拉描述推导控制流体运动的Navier-Stokes方程;提出考虑流固耦合效应的水中结构物地震反应计算方法,并以水中垂直板的地震反应为例,阐明流固耦合体系的求解方法.分析地震动频率和水深对场地土-结构-流水构成的流固耦合系统动力反应的影响,结果表明:采用不可压缩流算法的Navier-Stokes方程能够合理模拟流场的位形变化,并保证流固耦合计算的收敛;考虑流固耦合作用使得结构地震反应幅值明显增大,并使频谱特性发生改变;水深对流固耦合效应的影响较大,并具有明显的非线性特征.     

地铁车站模型地震破坏连续-离散耦合模拟分析

基于北京地区典型地铁车站结构的大型振动台试验建立了有限差分-颗粒流离散元耦合模型,对车站结构模型的地震响应和破坏现象进行了模拟分析。在耦合计算模型中,土体采用连续模型,结构采用颗粒流离散元模型模拟,在FLAC边界节点处建立接触面,将FLAC在大应变模式计算的位移通过接触面传输给PFC;并将颗粒与接触面计算的相互作用力传输给FLAC,作为施加在各节点上的力,从而实现并行耦合运算。结果表明,模型的计算结果与试验结果拟合得较好;地震加载过程中,柱板、墙板节点为地铁车站模型结构的薄弱部位;模型的整个破坏过程和能量转化过程分为3个阶段进行;颗粒孔隙率、配位数和接触力的变化以及能量的转化规律能够反映结构的破坏过程。     

基于极大初始时间步法的非线性静动力联合分析

静动力联合分析是考虑非线性条件下结构响应分析的关键技术问题之一。本文通过分析非线性有限元静、动力平衡方程的内在联系,并结合Newmark积分算法的隐式求解特点,提出了一种基于极大初始时间步法的非线性静动力耦合算法,可保证结构在静动荷载的耦合激励下获得合理的非线性地震响应。通过对Koyna重力坝的地震响应数值分析算例,验证了该算法的合理性与有效性。另外,该算法在各类隐式求解的通用有限元程序中均易于实现,可操作性强,便于工程应用。     

基于CityEngine的城市建筑群三维震害模拟研究

对北川县城851栋建筑物的震害资料进行了现场调查,建立了建筑物震害数据库。提取了建筑物不同部位的纹理特征,建立了纹理特征数据库,编写了建筑物三维建模的流程和规则。基于CityEngine平台快速批量地建立了北川县城851栋建筑物的三维模型。采用遥感影像和DEM数据建立了北川县城区域的三维地形,结合建筑物三维模型构建了汶川地震前北川县城的场景。采用建筑物单体震害预测方法,计算分析了不同结构类型建筑物在不同地震烈度(Ⅵ~Ⅺ)下的震害指数和破坏等级。在CityEngine平台中用不同颜色渲染建筑物描述其破坏等级,建立了北川县建筑群三维震害场景。结果表明CityEngine三维快速建模技术比传统3ds Max三维建模技术效率更高,结合单体震害预测方法,可以快速模拟大规模建筑群三维震害场景。     

基于流固耦合动力模型的饱和土体-隧道体系地震反应研究

基于ABAQUS软件平台,应用自行开发的流固耦合动力模型孔压单元模拟场地土体,并通过黏弹性人工边界方法实现地震动的输入,对饱和土体场地中的双孔隧道结构在地震荷载作用下的动力反应进行研究。计算结果表明:在地震反应结束时刻,场地土体位移幅值在两隧道之间以及两隧道的附近区域较大,而远离隧道的区域则较小;场地底部区域土体的孔压幅值较大,而场地顶部区域土体则较小;隧道左右两侧拱腰部位的衬砌的应力较大,而拱顶部位则较小。计算结果同时表明了流固耦合动力模型孔压单元在饱和土体-隧道体系地震反应研究中的适用性。     

某高层建筑结构模型振动台试验研究及有限元分析

本文对于复杂体型高层建筑结构在地震作用下的动力特性与反应,从模型振动台试验和有限元计算两方面进行了研究。对一个１：５０比例的高层建筑模进行了振动台模型地震试验,根据试验结果。通过相似关系得到原型结构在地震作用下的动力特性与反应。     

对应地震反应谱的当量功率谱密度函数的数值算法

提出根据地震反应谱曲线求解当量功率谱密度函数曲线的一种数值算法,为结构随机地震反应分析中确定和计算地面运动功率谱密度提供依据。在相对位移谱与结构相对位移响应峰值的均值之间建立联系;在现有迭代方法的基础上,对算法公式作进一步的推导和整理,将迭代计算转变为线性方程组的求解计算,进而避免迭代方法的不收敛。通过对数值计算结果的分析发现,由于规范反应谱曲线存在斜率突变,采用本文算法计算出的功率谱密度曲线在规范反应谱曲线的两端和分段转折点处会出现倍周期分岔甚至混沌现象。为此建议适当增加低频范围内离散频率点的数目,且采取整体光滑的反应谱曲线,从而提高计算结果的稳定性。     

结构-地基耦合振动下地震反应谱特性

随着结构震害统计资料的不断增加,许多结构在地震作用下的宏观破坏现象用现有的反应谱理论不能获得合理的解释。在地震中,结构-地基耦合振动十分明显。就此问题出发,利用集总参数法建立了结构-地基耦合振动模型,分析推导了该模型下的地震反应谱公式。通过实例计算得出了耦合体系在不同频率地震波作用下的反应谱曲线,得出了一些有意义的结论。研究结果表明,对于具有浅埋刚性基础的结构体系在考虑耦合后的地震响应值与现有反应谱理论计算值有明显差异,地震作用在较大结构周期跨度上得到折减,同时,耦合体系对特定频率的地震波有吸收作用,现有反应谱理论没有体现这一点有利作用。     

地震动和断层作用下埋地管道破坏的流固耦合分析

在考虑流固耦合和地震荷载作用的情况下,应用ADINA(Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis)中流固耦合分析求解器ADINA-FSI,建立了地下管道破坏分析的有限元模型,介绍了建模和计算过程,地震荷载加载和断层活动约束的实现,以及模型参数选择等。依据计算结果,分析了管内介质及流速等参数对管道破坏的影响。管道内输送介质密度和流速越大,管道越易破坏,故在埋地管道设计中应充分考虑管内介质的密度与流速。针对计算结果,提出了几点认识和建议。     

增量动力弹塑性分析方法的改进及其应用

本文主要对增量动力弹塑性分析(IDA)方法的两个方面作了改进:(1)以增量动力弹塑性分析方法的基本原理为基础,以快速非线性时程分析(FNA)方法为计算工具,形成快速增量动力弹塑性分析(FIDA)方法。(2)仅以IDA分析结果为基础,建立地震易损性曲线及地震破坏概率计算的离散型式。为了校验本文方法的可行性与有效性,应用增量动力弹塑性分析、模态增量动力弹塑性分析与快速增量动力弹塑性分析计算一个14层筒中筒结构试验模型,比较了用上述三种方法的计算误差与计算效率,比较了传统方法与本文方法计算该模型结构的地震易损性曲线的差别。     

城市群体建筑物震害模拟方法研究

本文针对目前进行城市群体建筑物震害预测时,在数据收集和计算工作中遇到的实际困难,提出了一种简化的震害计算方法——单元破坏度指数法。同时将该计算模型嵌入到ArcView 9.0的GIS平台中,并以Oracle数据库为支撑,结合青岛市的实际数据,对城市群体建筑物的震害进行了模拟。结果表明,单元破坏度指数法不仅大大简化了数据收集和处理的工作量,而且计算结果的精度同样能满足工程应用的要求,与GIS相结合可以客观快速地模拟出城市群体建筑物的震害程度及其空间分布。     

基于Abaqus软件的并行计算集群平台构建与优化方法

根据有限元显式算法和隐式算法的特点,研究了岩土工程动力分析并行计算集群系统的硬件要求、集群系统的构建方法,构建了基于EM64T硬件构架、双路Intel Xeon处理器、Linux操作系统和64位Abaqus软件的32CPU并行计算集群平台,测试了存储子系统对集群性能的影响,比较了两种千兆以太网络作为、集群子网络的性能优化方法。以地下结构的地震反应分析为例,测试了优化前后该集群系统的计算速度,发现两种以太网络性能优化方法都可以有效提高集群计算速度。列举了该集群系统在深水桥梁基础流固耦合动力分析、地下结构地震反应分析和快速轨道交通环境振动分析中的应用,显示了该集群在显式算法、隐式算法及小规模、大规模数值计算问题中的并行计算效率,证明所构建的Abaqus数值模拟并行计算集群平台能够满足计算规模、计算精度和时效性的要求。     

基于大数据的地震多发区域破坏程度估计模型设计

传统基于GIS的地震破坏程度估计模型,对于大数据的分析和处理性能差,评估效果不够理想,所以要设计基于大数据的地震多发区域破坏程度估计模型。塑造的模型体系结构由数据服务层、业务模型层、应用展现层构成。模型由基础数据控制模块、地震危险性模块、结构破坏性模块、损失评估模块、决策控制模块、文档控制模块五大功能结构构成,设计直接经济损失模块的逻辑流程和页面展示结果。模块采用随机权神经网络实现大数据环境下地震灾害破坏程度快速评估。实验结果说明,所设计模型实现了大数据环境下地震多发区域破坏程度的有效评估,具有较高的评估效率和精度。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Morison方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark—β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明：按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12．5％。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

结构模型的三维分析及模型结构地震反应的可靠度

为了精确地评估强地面运动作用下钢筋混凝土（RC）结构和抗震性能和震害，通常要建立复杂的分析模型，进行三维非线性分析。日本震害减轻研究中心的学者正和加拿大不列颠哥伦比亚大学的学者合作开发可靠的分析模型，以便研究建筑的抗震性能，一种三维非线性动力分析计算机程序正被用于分析结构的地震反应和震害机制。通过考察仪器、记录了建筑物的地震运动反应，验证了分析模型和电算程序的可靠性。本文讨论了电算程序的性能，并且展示了用以建立某个建筑物计算模型的电算模拟技术，对该建筑物计算的地震反应与一次强震中记录结果符合得很好。     

考虑竖向地震作用的拱式廊桥的地震响应分析

本文以某大型商业拱式廊桥工程实例为依托,利用有限元软件分别建立了整桥模型和不考虑上部建筑结构的桥梁模型以及不考虑下部桥梁结构的建筑模型,并计算了各自的自振动力特性,在此基础上通过反应谱方法分析了同时考虑水平地震作用和竖向地震作用的廊桥主拱圈和上部建筑结构柱的地震响应以及不同模型计算结果的差异,以此研究桥梁结构与建筑结构的耦合作用,为廊桥的抗震设计或分析提供一定的参考依据。     

基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体—地下结构体系地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了饱和土体-地下结构地震反应的计算研究。结果表明：在地震输入的最后时刻结构的两侧底角区域应力值最大;土体的孔隙压力和竖向位移主要集中在结构下方的区域,结构两侧土体的孔压与竖向位移呈对称分布;场地土体的竖向位移随深度的增加逐渐减小;体系最大地震反应出现的时刻对应于输入地震动的最大加速度出现的时刻。表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体-地下结构体系地震反应研究中的有效性。