基于分离式建模的砖石古塔动力性能与响应分析

为研究砖石古塔的动力特性及地震响应机制,以渭南慧照寺塔为对象,采用块体-灰浆分区离散方法,分别建立刚性地基条件与考虑地基-结构相互作用条件下古塔的数值模型,计算比较了塔体的动力特性;并分别按9度小震、中震和大震输入El-Centro波、Taft波和兰州人工波,计算了结构的位移和加速度反应,与相互作用系统进行比较。结果表明,考虑土-结构相互作用后,古塔结构的一阶自振频率降低5.7%,二阶频率降低45%;El-Centro波和Taft波作用下,位移和加速度响应显著增大,大震作用时,与不考虑土-结构相互作用对比,主拉应力峰值显著增加,古塔从灰浆开裂发展为砖与灰浆同时开裂;兰州人工波作用下,考虑土-结构相互作用后,主拉应力和结构开裂变形反而降低。研究结果可为古塔抗震计算与性能评估提供参考。     

多维地震激励下地基与结构相互作用系统动力反应耦联分析

为研究多维地震作用下地基与结构相互作用系统动力反应的基本规律,进行密肋复合墙结构与地基相互作用系统的模型振动台试验,测试了输入El-Centro波及天津波时地基与结构的加速度及位移反应,观测了地基开裂破坏现象。依据相互作用体系中上部结构的动力反应耦联模式,分析了结构加速度与位移反应耦联效应随高度的变化规律,研究了相互作用体系中结构振动耦联机制。结果表明:随测点高度的增加,加速度耦联效应系数除在顶层发生突变外,其余各测点的值均较为接近,且多数加载工况下位移耦联效应系数随高度的变化不明显;随着输入地震波烈度的提高,地基土先开裂而后略密实,结构顶部动力反应的耦联效应系数先增大后减小,相同烈度不同加载工况对应的值相差在10%以内。由此可见,在地震作用下地基的开裂破坏,导致地基与上部结构的接触发生变化,使结构在多维地震波作用下的动力反应发生耦联。     

大雁塔地震可靠性分析

本文采用双参数地震破坏模型，对大雁塔的地震可靠性进行了分析研究，给出了塔体各层在不同地震烈度下的破坏指标均值和条件破坏概率，并对破坏指标均值较大的顶层计算了不同年限内的破坏概率。     

高耸钢筋砼—钢框架组合结构整体模型抗震实验研究

本文对首都机场这一典型的高耸钢筋混凝土筒—钢框架组合结构缩尺模型进行了模拟地震振动台试验研究，分析了高耸塔台结构的地震反应和破坏特征，并对这种下部为砼筒体，上部为钢框架结构的锚固连接及钢框架结构层间位移控制进行了深入探讨，为提出这类钢—砼组合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了实验依据．     

下伏隧道层状岩质边坡地震响应特性的大型振动台试验研究

针对下伏隧道水平层状岩质边坡,设计并完成比尺1∶10的大型振动台试验。试验选取汶川波、Kobe波和大瑞人工波作为台面输入地震波,研究下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度和动位移响应变化规律及地震动参数对边坡动力响应特性的影响。研究表明:在地震荷载作用下,下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度响应随着地震波类型、激振强度、激振方向、岩层相对位置等因素呈现出非线性变化特征;在X向或Z向单向激振下,边坡主要在地震波激振方向上产生动力响应;边坡的竖直加速度放大系数沿坡高呈"U"型变化,最小值出现在软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面处,软弱夹层对边坡的竖向加速度响应有较大影响。边坡的动位移响应整体上表现为:对于不同类型地震波,Kobe波双向激振下最大、大瑞波次之、汶川波最小;对于同一种地震波,双向激振时较强、单向激振时较弱。边坡软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面在耦合地震作用下易发生剪出破坏,应采取相应的预加固措施。     

多维地震波作用下地铁车站及场地的地震反应

研究了不同类型多维地震波作用下地铁车站及软土场地的地震反应特征。以上海软土场地条件下的某双层地铁车站为背景,采用有限元方法建立了描述场地土与地铁车站结构相互作用的二维非线性力学模型,其中利用等效线性化方法模拟了土的非线性。以不同类型基岩的多维(含水平向和竖向）地震波作为输入,运用ANSYS软件数值分析了软土场地中地铁车站结构及场地的地震反应,比较了不同类型地震波作用下地铁车站结构和场地地震反应的差异．算例结果表明：在长周期地震波作用下地铁车站结构的内力响应峰值以及场地地表的加速度响应峰值和位移响应峰值均明显大于普通地震波作用下的相应值;考虑竖向地震动时双层地铁车站底层中柱的柱底轴力较单一水平向地震动作用的情形有明显增大;地铁车站的存在使结构上覆土层加速度响应峰值和位移响应峰值有所降低．     

液固半无限空间低频点声源的地震波动

将舰船地震波简化为液固半无限空间低频点声源引起的地震波动,基于简正波理论,通过计算围道内的留数得到了位移势函数的表达式.分析了液体层内声传播损失和固体层表面的位移、加速度的频率特性曲线,为分析舰船地震波的形成机理以及波动特征提供了一定的理论基础.     

高拱坝动力特性与动力响应模型试验研究

高拱坝的动力破坏特性越来越受到关注,动力特性和动力响应是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究高拱坝动力特性和动力响应的特征,动力特性试验比较了完好结构与有施工横缝结构的基阶动力特性,表明当结构存在施工横缝时,结构基阶频率降低,阻尼增大。结构动力响应采用振动台模拟地震波激励,试验结果表明,完整结构与有施工缝结构动力响应具体数据不同,但规律相同。加速度最大响应沿拱顶水平向在坝中拱顶的值最大,向两边的坝肩处,加速度最大响应逐渐减小。沿拱坝垂向加速度最大响应从坝顶到基础,响应均逐渐减小。试验结果可为高拱坝结构动力安全研究提供技术依据。     

岩石圆盘径向压缩破坏的Voronoi子块体单元DDA方法模拟

非连续变形分析(DDA)方法是计算离散可变形块体系统力学行为的数值计算方法，可通过子块体单元DDA方法模拟岩石的开裂破坏。考虑到Voronoi多边形颗粒与细观尺度下岩石矿物晶粒形态的相似性，提出一种基于随机圆的Voronoi颗粒单元模型生成方法；并通过完整及带预制裂纹岩石圆盘径向压缩破坏的模拟，验证岩石破裂问题Voronoi子块体单元DDA模拟方法的适用性。结果表明，当子块体单元数较小时，圆盘表现出更高的整体强度；随着子块体单元数的增大，起裂处位置更接近真实，开裂破坏路径更清晰；子块体单元数较大时不同倾角预制裂纹圆盘破坏的模拟结果与实验结果高度吻合，并能有效反映圆盘中心加工小孔对开裂破坏路径的影响。使用Voronoi子块体单元DDA方法能够有效模拟岩石的开裂破坏过程，为进一步开展基于Voronoi颗粒单元模型的岩石开裂破坏模拟创造了条件。     

实心砖石古塔动力特性与结构损伤分析

为研究"丝绸之路"起点世界文化遗产建筑兴教寺测师塔的动力性能及结构损伤,采用超低频动态测试系统进行了原位动力测试试验.在环境随机激励下,采集了该塔各楼层顶部水平振动的速度响应信号,经滤波后通过积分变换进行自谱及互谱分析,得到了结构沿水平方向的前2阶自振频率与振型.并依据结构测绘结果,建立测师塔数值模型,计算了弹性模量逐渐降低时的振动特性,并与测试结果进行对比,依据结构损伤参数识别的改进形法,进行了测师塔结构损伤分析.结果表明,该塔沿东西与南北两个水平方向的前2阶频率值相近,第1阶振型呈弯曲型,第2阶振型呈弯剪型;与无损砌体弹性模量的取值比较,测师塔结构的等效弹性模量降低较多,其结构整体损伤较为严重.因此,可通过确定无损砌体的弹性模量,采用动力测试及数值计算依据等效弹性模量进行残损砖石古塔结构损伤识别.     

大跨度Y形柱地铁车站结构地震反应研究1）

随着地铁建设的发展,出现了一种新型的结构形式-大跨度Y形柱地铁车站结构,与现有的地铁车站结构完全不同,其空间高大宽敞,环境舒适.为研究该新型地铁车站结构的抗震性能,以北京地铁6号线新华大街站为工程背景,使用FLAC^3D软件建立土与地下结构三维有限差分动力模型,模拟其在新华大街人工波作用下的响应过程,重点分析了车站Y形柱和侧墙的加速度、位移、应变的规律,并与试验结果进行了对比分析,结果表明：数值模拟与振动台试验结果基本一致,体现出了相似的规律性;Y形柱加速度最大位置出现于柱顶端稍下位置,并非于柱顶端;Y形柱分叉位置处应变出现突变,此点相对于柱底的位移最大,且变化率较大,是抗震设计中需要加强的部位;Y形柱加速度、位移变化都会大于侧墙.上述研究成果对提高该类地铁车站结构抗震性能的认识及抗震设计水平提供了合理的参考与指导.     

铅芯橡胶耗能器与油阻尼器组合耗能系统的振动台试验与分析

在一座三层单跨的钢结构模型中安装了铅芯橡胶耗能器及其和油阻尼器并联组合。对这两种耗能体系进行了振动台试验,以研究组合耗能体系的动力特性,检验其减振效果,试验结果表明：组合耗能体系对位移和加速度有良好的减振效果;在合适的刚度范围内,增加适当的阻尼可提高耗能器的减振效果,进行了数值分析,并与试验结果进行了比较,验证了本文提出的计算模型与方法的正确性。     

升船机结构抗震可靠度分析中若干问题的探讨

本文基于结构随机振动理论和首次超越破坏机制，以某大型升船机建筑结构为背景，应用三维有限元方法，首先对升船机建筑结构的随机地震反应问题进行了计算。在此基础上，对在不同地震烈度下大型升船机建筑结构的抗震可靠度及界限值的随机性对结构抗震可靠度的影响等问题进行了分析，探讨了基于Poisson过程假定和基于Markov过程假定的可靠度在不同地震烈度下的适用性、以及确定性界限和随机性界限对可靠度结果的影响等问题，得到了一些有应用价值的结果。最后，对在8、9度地震烈度下大型升船机建筑结构抗震可靠度分析模型的选用提出了建议。     

基于各向异性损伤本构模型的砌体结构抗震分析

进一步完善了应力张量的线性变换方法,并将其应用于砌体材料本构模型的开发。在整体式有限元模型中,因不区分砌块和砂浆而将其视为匀质的连续材料,难以用受拉和受压两个损伤变量准确描述灰缝的II型滑移破坏。为解决这一问题,提出应再引入一个针对II型滑移破坏的损伤变量。基于以上研究工作,对砌体结构的振动台试验进行了模拟。模拟结果进一步验证了本文提出的弹塑性损伤本构模型的有效性,以及在进行结构非线性分析方面的优越性。由于本文提出的本构模型能够较为真实地描述砌体墙的破坏模式,因此使用该模型进行结构非线性分析,除了能够获取结构的位移和应力等反应外,还能较为准确地实时提供结构中的损伤分布状态信息,找出结构的薄弱部位,并据此合理地设计结构或进行相应的结构修复。     

地基水平运动时高桥墩的动力屈曲

考虑大变形的影响,建立了高桥墩在地震波冲击下引起的地基水平运动时的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程;得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度acr和失稳时刻。通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度、桥面质量大小对位移幅值响应、临界地震加速度、失稳时刻等参数的影响。算例表明当发生7.5级以上地震时,桥墩会有较大程度的破坏。     

A preliminary approach of dynamic identification of slender buildings by neuronal networks

The study of the dynamic behavior of slender masonry structures is usually related to the preservation of the historic heritage. This study, for bell towers and industrial masonry chimneys, is particularly relevant in areas with an important seismic hazard. The analysis of the dynamic behavior of masonry structures is particularly complex due to the multiple effects that can affect the variation of its main frequencies along the seasons of the year: temperature and humidity. Moreover, these dynamic properties also vary considerably in structures built in areas where land subsidence due to the variation of the phreatic level along the year is particularly evident: the stiffness of the soil–structure interaction also varies. This paper presents a study to evaluate the possibility of detecting the variation of groundwater level based on the readings obtained using accelerometers in different positions on the structure. To do this a general case study was considered: a 3D numerical model of a bellower. The variation of the phreatic level was evaluated between 0 and −20 m, and 81 cases studies were developed modifying the rigidity of the soil–structure interaction associated to a position of the phreatic level. To simulate the dispositions of accelerometers on a real construction, 16 points of the numerical model were selected along the structure to obtain modal displacements in two orthogonal directions. Through an adjustment by using neural networks, a good correlation has been observed between the predicted position of the water table and acceleration readings obtained from the numerical model. It is possible to conclude that with a discrete register of accelerations on the tower it is possible to predict the water table depth.     

Assessment of nonlinear seismic performance of a restored historical arch bridge using ambient vibrations

Historic masonry arch bridges are vital components of transportation systems in many countries worldwide, ensuring the ready access of goods and services to millions of people. The structural failure of these historic structures would severely and adversely impact the economies of these nations due to the massive disruptions of transportation systems accompanying such failures. To successfully maintain these aging masonry structures, performance assessment must incorporate the unique mechanical characteristics of masonry. Therefore, the preferred analysis technique must go beyond a linear approach. This study assesses the earthquake performance of a restored historical masonry arch bridge through nonlinear finite element analysis incorporating the Drucker–Prager damage criterion. The case study structure is the Mikron Arch Bridge, a nineteenth century Ottoman Era structure built over the Firtina River near Rize, Turkey, and restored in 1998. The Mikron Arch Bridge was first subjected to ambient vibration testing, during which accelerometers were placed at several points on the bridge span to record the bridge vibratory response. The investigators then used Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification techniques to extract the experimental natural frequencies, mode shapes, and damping ratios from these measurements. Experimental results were compared with those obtained by the linear finite element analysis of the bridge. Good agreement between mode shapes was observed during this comparison, though natural frequencies disagree by 8–10%. The boundary conditions of the linear finite element model of Mikron Arch Bridge are adjusted such that the analytical predictions agree with the ambient vibration test results. By introducing the Drucker–Prager damage criterion, the calibrated linear FE model was next extended into a nonlinear model. Nonlinear analysis of seismic behavior of Mikron arch bridge was performed considering the acceleration record of Erzincan earthquake in 1992 that occurred near the Mikron Bridge region. The displacement and stress results were observed to be allowable level of the stone material. Moreover, linear FE model calibrations elicited a significant influence on the nonlinear FE model simulations.     

Seismic behaviour of industrial masonry chimneys

This paper deals with the seismic behaviour of an unreinforced masonry chimney representative of the large number of chimneys currently in existence in many European areas which were built during the period of the industrial revolution. Maximum seismic intensity value that can be resisted in terms of peak ground acceleration and failure mode are the main goals. A 3D finite element model capable of reproducing cracking and crushing phenomena have been used in a non-linear analysis in order to obtain lateral displacements, crack pattern and failure mode for this type of construction. Earthquakes artificially generated for a low to moderate seismic intensity area from the response spectrum proposed by the codes have been tested on the structure obtaining failure mode, maximum stresses and displacements. Subsequently, the accelerograms generated were scaled until non-failure earthquakes were obtained.