工字型钢铅组合耗能器的非线性有限元模拟

钢铅组合耗能器将钢和铅2种材料巧妙地进行组合,具有制作工艺简单、经济性好等优点。在一种工字型钢铅组合耗能器试验研究的基础上,借助有限元分析软件ANSYS,考虑钢和铅2种材料本构模型的非线性以及2种材料之间的接触作用,建立了这种耗能器的非线性有限元计算模型,对耗能器进行数值模拟;在此基础上对安装耗能器的Benchmark结构进行了地震反应分析。研究结果表明建立的有限元模型能够准确描述耗能器的力学性能,耗能器具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性,是一种优良的耗能元件;工字型钢铅组合耗能器减震效果明显。     

华北盆地强震孕育的动力学机制研究

强震活跃区通常出现在地壳变形剧烈的地区.但是,华北盆地地壳变形速率小,而破坏性强震却十分频繁.文中利用有限元方法对华北盆地发震断层下方可能存在的速度异常体进行了力学分析,计算结果显示：无论这个异常区是低速异常还是高速异常,在水平构造力的作用下（无论是挤压还是引张力作用）,应力及应变能密度都在空间某些区域积聚.根据本文的工作及前人的研究结果,认为华北盆地强震孕育的物理机制如下：华北克拉通在减薄、破坏过程中,浸入的岩浆或上涌的地幔物质经过漫长的地质时期演化,成为低速异常体.当断裂带下面存在这种低速异常体时,水平向构造力的作用,会使异常体上方应力集中、应变能积聚.当异常体上方的应力水平达到某种限度,介质发生破坏.在破坏过程中,异常体释放的能量,使断裂带上的应变能集聚速度加快;另一方面,异常体的破坏使断层的闭锁面积减小.随着外部构造应力的持续加载,当发震断层上的应力及能量积累达到一定极限,断层产生错动,发生强震.同时,文中结果还显示,断层在从闭锁、积累能量到解锁、发生强震的过程中,其下方的低速异常体起着重要的推进作用.     

青藏块体东北缘地壳水平应变场数值模拟研究

基于青藏块体东北缘1999～2001年GPS结果,分别采用块体整体旋转与线性应变模型和弹性力学有限元法这两类地壳形变数值模拟方法,分析了该区地壳水平应变场特征.结果表明:(1)两类方法在研究地壳形变时各具一定的优势,前者对块体整体运动变形及块体与块体之间的相关性研究具有一定的优势,而后者则较强体现出了应变高值区与深大断层在空间分布的紧密结合性;(2)两类方法所获得的应变高值区具有良好的空间分布一致性,主要集中在阿尔金断裂、祁连山断裂中东段、东昆仑断裂和海原断裂这些深大断裂处及其附近,面压缩值达到了-3×10-8以上,最大剪应变值达到了10×10-8以上;(3)应变高值区的空间分布与中强地震的发生具有一定的对应关系.     

剪切屈服型可更换耗能梁的抗震性能研究

针对传统结构震后修复能力不足,带可更换构件的混合框架结构体系在地震作用下,可更换耗能构件集中损伤和耗散地震能量,保护其他构件不损伤或轻微损伤,更换损伤的耗能构件,即可实现结构预定功能震后可恢复。通过3个可更换耗能梁试件,研究其抗震性能。在此基础上,通过SAP2000有限元建模,对带可更换构件的混合框架结构进行非线性分析,研究整体结构体系的屈服机制、承载力和可更换耗能构件的可更换性能。结果表明:试件均发生剪切屈服型破坏,破坏特征包括腹板－加劲肋焊缝撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂。各试件的滞回曲线非常饱满,具有优异的承载能力、变形能力和耗能能力;在地震作用下,带可更换构件的混合框架结构体系中各构件能够实现良好的有序屈服机制,可更换耗能构件具有较好的可更换性。     

典型斜坡地形地震动特征分析

以云南鲁甸6.5级地震中房屋建筑破坏严重的龙头山集镇斜坡地形为例,通过地脉动测试分析得出斜坡及坡顶测点相对于坡脚参考点谱比峰值均＞1,顺坡向谱比峰值大于垂直坡向谱比峰值,且谱比峰值从斜坡坡脚到坡顶逐渐增大,坡顶处约为3;顺坡向谱比峰值对应的频率为4.57～5.39 Hz,垂直坡向谱比峰值对应的频率稍高,为5.42～5.96 Hz。通过结合黏弹性边界的时域动力有限元方法分析斜坡地形在垂直入射地震动作用下的响应,数值模拟结果表明,斜坡坡顶处的位移放大作用显著,坡脚处放大作用较小;介质剪切波速对斜坡地震动的影响较明显,尤其是坡顶点处不同介质剪切波速模型位移峰值差异较大。由于斜坡地形复杂的散射效应,在斜坡及附近测点均出现明显的转换面波,坡顶点处波形转换最显著。数值模拟结果进一步验证了龙头山集镇依坡而建的房屋建筑破坏严重是由局部地形地震动放大效应与地震动差动共同作用引起的。     

孔隙水压力对高铁路基动力响应的影响

采用2.5维有限元方法分析孔隙水压力对饱和路基地面振动的影响。根据Biot理论建立饱和多孔介质控制方程,采用双重Fourier变换将控制方程转换为频率 波数域表达式。采用2.5维有限元方法建立饱和路基模型,列车荷载在频率 波数域表示,轨道和路堤采用欧拉梁模拟,采用黏滞阻尼吸波边界减小有限元边界反射。分析列车速度、路基孔隙率和渗透系数对地面振动和孔隙水压力的影响。结果表明：车速较低时,由于饱和路基受孔隙水压力的影响,地面竖向振幅小于弹性地基;车速较高时,孔隙水压力急剧增加,对地面振动影响较大。列车运行速度较高时,饱和地基的孔隙率和渗透系数对孔隙水压力有较大影响。     

桥梁在役桩的竖向动力响应特性及损伤识别研究

基于ANSYS LS-DYNA建立桥梁的墩-承台-桩-土有限元显式动力学模型,模拟桥梁的桩基础在承台上表面施加冲击荷载后完整桩和有断裂缺陷桩的竖向速度响应,分六桩-承台和八桩-承台两种桩基础进行数值计算。结果表明：在所要检测的基桩对应的承台上表面施加冲击力,产生的应力波通过承台到达下方的基桩后沿桩身向下传播,类似于低应变反射波法测桩的原理,应力波在到达桩底桩土交界面或者断裂面等阻抗变化较大处会发生应力波反射,在桩头处的竖向速度响应波形曲线中能识别出反射回的应力波,进而判别桩是完整还是存在断裂损伤;数值计算同时记录承台表面的竖向速度响应,发现承台表面的竖向速度响应波形比桩头处的竖向速度响应波形由于应力波在桩承台界面的多次反射而更加复杂,难以准确判断反射波。     

广东地区现代构造应力场的模拟计算

运用已知的断裂边界条件、区内震源机制解、小震应力降和环境应力场等资料作为基本数据,建立地质模型和计算模型,用有限元方法模拟计算了华南地区的现代地壳构造应力场.初步得到了本区的外力作用方式、断裂活动情况、应力集中状况、区应力场分布状况,为划分地震危险区段提供了依据.     

坑道直流电阻率超前聚焦探测新方法研究

研究和提出了一种坑道直流电阻率超前聚焦探测新方法.该方法通过在掌子面上设立不同功能的环状电极组,使一次场电流具有像探照灯一样的聚焦功能,可有效探测坑道掘进前方不良地质体的存在,达到超前预报的目的.本文首先介绍了直流电阻率超前聚焦探测的基本原理,并给出了两种聚焦观测方式.为了验证所提方法的可行性,通过轴对称电性介质二维异常电位有限元数值模拟方法,对聚焦观测条件下几例坑道模型进行了模拟计算.结果表明,该方法对异常反映明显,可进行即时解释,建议在坑道超前预报中逐步推广使用.     

如何用有限元新模型研究地震触发和应力场连续演化

首先提出了一种考虑构造应力场影响的有限元新模型和地震触发因子C.新有限元模型可以用来研究地震序列中的地震触发和应力场演化.地震触发因子C定义为滑动面上的剪应力和摩擦强度的比值,它可以用来预测地震能否触发以及触发区的范围.然后利用这个有限元新方法和地震触发因子C研究了1976年唐山地震序列的余震触发情况.结果表明唐山地震的应力场和断层带的非均匀性对余震触发有重要影响.落入新有限元模型预测的地震触发区中的余震要明显多于落入地震位错理论预测的地震触发区中的余震.