新型外包加强型节点抗震性能试验研究

为了减小钢筋混凝土(RC)框架-轻钢增层混合结构的鞭梢效应,本文提出了一种用于该类结构的新型外包加强型节点,旨在加强对上部结构的约束,减小上下部结构的刚度突变。为了深入研究其抗震性能,与另一种外包锚固式节点进行了低周往复荷载作用下的对比性试验研究。结果表明:两种节点均表现为梁端塑性铰破坏,并能有效控制裂缝开展;新型外包加强型节点滞回曲线饱满,捏拢速度较慢,并能将塑性铰外移,有效保护了节点核心区,其刚度退化、等效黏滞阻尼系数、耗能能力等各项指标都较外包锚固式节点有不同程度的提升,提高了节点的承载力和刚度,具有更好的抗震性能。本文的研究可以为轻钢增层混合结构的推广应用提供科学依据和技术支持。     

应用新型油阻尼器的斜拉桥横向减震体系

为解决斜拉桥横向塔-梁、墩-梁固结体系导致地震响应过大的问题,兼顾斜拉桥横向抗风、隔震需求,基于溢流阀及油阻尼器性能,设计了一种刚度可变的新型油阻尼器,进而提出油阻尼器与滑动球型钢支座、油阻尼器与叠层橡胶支座并用的两种横向减震体系。以某近海双塔双索面斜拉桥为研究对象建立有限元模型,利用时程法计算两种体系减震效果。结果表明:相对于传统的塔-梁固结体系,应用两种减震体系时,塔底弯矩分别降低44. 9%、43. 6%,塔底剪力分别降低40. 7%、39. 0%,且不会引起过大支座位移、残余位移。滑动球型钢支座刚度低,地震响应更小,但缺乏回复机制,支座残余位移稍大;叠层橡胶支座刚度较高,残余位移小,但高刚度使各构件承受更大惯性力,达到相同减震效果需阻尼器提供更高出力。两种塔-梁减震体系各有优劣,但均具有较好的减震效果,均可应用于斜拉桥横向减震。     

球管组合试件在超低周疲劳试验中的变形特征研究

为研究管球组合试件在超低周疲劳试验中的变形特征,设计了三向支撑可单轴往复加载的试验装置。采用不同加载制度对钢管φ60×3. 5进行超低周疲劳试验,得出了断口截面特征、中点的空间挠度和椭圆度、滞回曲线、断口环向壁厚分布规律。结果表明:中点处的椭圆度和空间挠度可以反映材料损伤过程,可通过这两指标为震后评定螺栓球网架杆件的工作状态提供参考;幅值改变会加速材料的损伤,同时当加载幅值恒定时材料的损伤也会随循环次数增加而缓慢积累;管球组合试件的滞回性能良好;断口截面形状、中点的空间挠度和椭圆度及断口环向壁厚变化也因加载制度不同而差异显著。     

基于向量式有限元的黏滞阻尼减震结构抗竖向连续倒塌动力反应分析

向量式有限元是以向量力学为基础的一种新的结构分析方法,在处理结构大变形等复杂行为时具有较大的优势。基于向量式有限元理论建立了黏滞阻尼单元,对附加黏滞阻尼器的平面钢框架结构进行了抗竖向连续倒塌动力分析,结合拆除构件法,采用MATLAB编制可以考虑初始变形的瞬时卸载法程序,实现结构在构件拆除前的静力分析和构件拆除后动力分析的全过程统一。研究了阻尼器布置位置和参数在结构抗竖向连续倒塌中的性能需求,以失效点竖向位移时程曲线、梁端转角、动力放大系数和结构塑性铰分布为参考指标,对比分析布置阻尼器前后钢框架结构的抗连续倒塌能力。结果表明向量式有限元是一种研究结构竖向连续倒塌动力响应的有效方法,合理布置阻尼器能够有效控制剩余结构的变形和振动,降低构件内力,减少塑性铰个数,较大地提高结构的抗竖向连续倒塌能力。     

黏弹性介质中瑞雷波有限差分数值模拟与波场分析

瑞雷面波经常被用来反演地表浅层横波速度,受到越来越广泛的关注。对瑞雷波的研究一般都基于完全弹性介质,而实际地层更接近黏弹性介质,对黏弹性介质中的瑞雷面波进行模拟更具实际意义。本文采用广义标准线性体模型来描述黏弹性介质,并采用交错网格有限差分法对考虑水平自由表面的黏弹介质进行正演模拟,再与弹性介质中的结果进行对比分析。首先采用非线性最优化算法根据期望常数品质因子直接求取松弛时间来拟合常Q模型,并给出广义标准线性固体的具体算例,实施自由表面条件时采用声学-弹性边界近似法,通过剪切模量不变来考虑自由表面上、下横向应力保持连续的条件。对于非自由表面,采用非分裂的多轴卷积完全匹配层来吸收波场。然后对几种典型的数值模型进行正演模拟计算,数值解与解析解的对比验证了本文方法的准确性与有效性,正演结果的对比表明波场尤其是面波频散会受黏弹性影响,因此有必要在面波勘探中考虑黏弹性因素。      

不均匀软弱夹层对沉积盆地地震动放大的影响研究

含有倾斜软弱夹层的盆地将引起地震波复杂散射,这较大程度改变地表地震动的强度和分布。目前,盆地内倾斜夹层对地震动放大影响较少。通过自编ABAQUS插件程序实现对黏弹性边界快速准确施加,并基于黏弹性和修正Drucker-Prager理想弹塑性本构,研究了SV波垂直入射下横向不均匀软弱夹层对沉积盆地地震动放大的影响。研究结果表明：横向不均匀软弱夹层降低了地表PGA与Arias烈度,使二者空间分布显著不均匀,软弱夹层较厚一侧下降程度更高。考虑土层非线性时,软弱夹层隔震效应增强;存在横向不均匀软弱夹层的二维沉积盆地的基频接近夹层较厚一侧一维土层基频,显著低于夹层较薄一侧的一维土层基频。随着平均阻抗比越大,横向不均匀软弱夹层对二维盆地基频、f_1d/f_2d及放大系数的影响越小;随着软弱夹层倾角增大,传递函数主要放大区域均向夹层较厚一侧移动,且主要放大频带向低频移动。随着地震动幅值增大,横向不均匀软弱夹层非线性增强,地表PGA放大系数与传递函数下降,同时地表地震动不均匀分布程度降低。     

颗粒离散单元法动力人工边界设置方法

采用颗粒离散单元法进行动力计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于颗粒离散单元数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性、黏弹性、自由场边界条件方程基础之上,推导出适用于离散介质的等效方程。在离散介质的黏性边界条件等效方程中引入微调系数,提出比值迭代法以快速确定其最优值,以实现对波的最佳吸收。采用二维颗粒离散单元计算软件PFC2D,分别建立黏性、黏弹性、自由场边界条件相关数值分析模型,探讨颗粒分布模式对黏性边界上颗粒单元半径、速度分布及比值迭代过程的影响;采用外源波动算例及经典Lamb问题算例验证黏弹性边界设置方法的正确性;通过隧洞算例检验提出的自由场边界条件设置方法的正确性。     

基于改进Bingham模型的软岩参数非定常三维非线性黏弹塑性蠕变本构研究

传统线性元件组合模型难以描述岩石非线性加速蠕变阶段特性,给工程应用带来了巨大困难。提出一种新的应变触发非线性黏壶元件,并将其与Bingham模型串联,建立了可以描述岩石等速和加速蠕变特性的一维本构模型,进而推导出相应的三维蠕变本构模型,再将三轴压缩过程中岩石弹性模量的衰减方程引入该三维蠕变本构方程,得到一个能反映岩石蠕变全过程特性的三维非线性黏弹塑蠕变本构模型,根据泥岩蠕变试验数据对该模型参数进行了辨识。模型理论计算值与泥岩蠕变试验数据的对比表明改进的Bingham模型不仅可以充分反映软岩的等速蠕变特性,还可以很好地描述软岩的衰减和加速蠕变规律,且模型元件少,组合形式简单,为软岩非线性蠕变本构模型研究提供了新的借鉴。     

三维层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波源自由场

采用刚度矩阵方法结合Hankel积分变换,求解了层状黏弹性半空间中球面SH、P和SV波的自由波场.首先,在柱坐标系下建立层状黏弹性半空间的反轴对称(柱面SH波)和轴对称(柱面P-SV波)情况精确动力刚度矩阵.进而由Hankel变换将空间域内的球面波展开为波数域内柱面波的叠加,然后将球面波源所在层的上下端面固定,求得固定层内的动力响应和固定端面反力,将固端反力反向施加到层状黏弹性半空间上,采用直接刚度法求得固端反力的动力响应,叠加固定层内和固端反力动力响应,求得波数域内球面波源动力响应.最后由Hankel积分逆变换求得频率-空间域内球面波源自由场,时域结果由傅里叶逆变换求得.文中验证了方法的正确性,并以均匀半空间和基岩上单一土层中球面SH、P和SV波为例分别在频域和时域内进行了数值计算分析.研究表明基岩上单一土层中球面波自由场与均匀半空间情况有着本质差异;基岩上单一土层中球面波位移频谱峰值频率与场地固有频率相对应,基岩面的存在使得基岩上单一土层地表点的位移时程非常复杂,振动持续时间明显增长;阻尼的增大显著降低了动力响应的峰值,同时也显著减少了波在土层的往复次数.     

移动荷载作用下土体动力反应数值模拟

在研究轨道振动荷载的产生机理基础上,归纳出一个能够涵盖速度、线路不平顺、轮重、轨枕对轮载的分散作用等因素在内的轨道荷载解析表达式,以此作为输入施加到土体模型上,利用ANSYS模拟地基土在轨道移动荷载作用下的三维瞬态弹塑性反应。通过计算得到土体不同位置位移和加速度时程曲线,并得出如下结论:荷载刚施加时地面位移会有一个突变,但是随着荷载的移动会达到一个稳定值,并随着水平面内远离轨道,该值逐渐衰减;荷载刚刚施加时加速度会有一个突变值,随着荷载的移动逐渐趋于零。轨道机车速度对竖向方向的位移和加速度影响不大。