地铁车站增量动力分析的极限状态判定方法

表征地下结构抗震性能的研究不多,而性能化设计方法需要确定结构物在地震作用下的极限状态.本文根据地铁车站特点,从结构变形性能和止水性能两个方面定义了抗震性能的四个极限状态,并以结构最大层间位移角作为特征指标.以上海某多层地铁车站为背景,建立了土-结构二维有限元模型,采用增量动力分析法研究该类结构的抗震极限状态,建立了增量动力分析法的地震动强度指标结构底部峰值加速度与结构性能指标最大层间位移角的关系曲线,给出了该地铁车站结构4个极限状态的最大层间位移角界限值.     

LIMIT STATE DETERMINATION FOR A SUBWAY STATION STRUCTURE BY INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS1)

-5 表征地下结构抗震性能的研究不多,而性能化设计方法需要确定结构物在地震作用下的极限状态. 本文根据地铁车站特点,从结构变形性能和止水性能两个方面定义了抗震性能的四个极限状态,并以结构最大层间位移角 作为特征指标. 以上海某多层地铁车站为背景,建立了土--结构二维有限元模型,采用增量动力分析法 研究该类结构的抗震极限状态,建立了增量动力分析法的地震动强度指标结构底部峰值加速度与结构性能指标最大层间位移角 的关系曲线,给出了该地铁车站结构4个极限状态的最大层间位移角界限值.     

西安八云塔动力性能与地震损伤机制

为研究陕西省西安市八云塔的地震损伤机制,分析了八云塔地震响应的基本规律及损伤破坏机制。采用经验公式数值计算分析了结构的动力特性,并对建立的模型合理性进行了验证;同时结合古塔砌体基本力学性能试验和砌体损伤本构模型为数值计算模型引入了塑性损伤因子,计算了结构层间位移及层间位移角,得到了结构损伤云图,并根据计算结果对塔体进行了地震损伤预测。结果表明,地震作用下八云塔首层的层间位移最大,并且与2层的层间位移形成突变,而11层结构的层间位移角最大;同时结构受拉损伤在首层的损伤区域分布最大,而3层的损伤累积因子最大。因此首层、3层、11层为结构破坏的薄弱层,八云塔结构的损伤模式为结构底部楼层开始出现损伤并逐渐向顶部楼层扩展,最终导致结构破坏。     

不同场地条件下远场地震动强度指标与结构最大响应的相关性分析

为探究不同场地条件下远场地震动强度指标与结构最大响应的相关性问题，本文从K-NET和KiK-net台网强震记录中选取震级7级以上、断层距大于200 km的地震动记录1 328条，首先选用28个地震动强度指标进行了远场地震动强度指标与结构最大响应的总体相关性分析．然后，分别选取典型加速度类地震动强度指标、典型速度类地震动强度指标和典型位移类地震动强度指标进行了场地条件对结构最大响应相关性的影响分析．结果表明：(1) 加速度类地震动强度指标的相关系数随单自由度(SDOF)体系周期增大逐渐减小，与自振周期结构T≤1 s的低自振周期结构响应具有明显的相关性；速度类地震动强度指标的相关系数在T=2~5 s具有较大值，说明这一类指标与中长周期结构的响应具有明显相关性；当T>3~5 s时，典型位移类地震动强度指标的相关系数逐渐增大进入峰值区段，并保持较大的相关系数值，因此可以采用这一类指标表征长周期结构响应．(2) 对于加速度类地震动强度指标，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地的相关系数随自振周期变化曲线走势较接近，Ⅳ类场地的相关系数值总体上要大于其它三类场地的相关系数．对于速度类地震动强度指标，在短周期区域，相关系数大小呈现Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ的特点；当T>2 s后，四类场地的相关系数随自振周期变化曲线趋势逐渐接近．对于位移类地震动强度指标，当T>3 s后，Ⅰ类场地和Ⅱ类场地的相关系数随自振周期变化曲线逐渐趋于一致，而Ⅲ类场地和Ⅳ类场地的相关系数随自振周期变化曲线也逐渐趋于一致．     

基于综合破坏指数的混凝土重力坝易损性分析

目前,多采用单一响应指标研究混凝土重力坝的易损性,难以综合表征坝体结构的破坏概率。考虑多重指标共同作用的结果,以混凝土重力坝坝顶相对坝踵顺河向位移、整体损伤指数、坝基面累积滑动位移为单一响应指标,采用非线性动力时程分析,根据功效系数法计算各单一响应指标的功效分数,应用变权模型得到坝体综合破坏指数。分析综合破坏指数与其他响应指标的相关性,给出基于综合破坏指数的四级震害划分标准,对比研究基于单一响应指标和综合破坏指数的混凝土重力坝地震易损性曲线。结果表明,较小或较大地震动强度下采用单一响应指标进行易损性评价结果或偏于保守或偏于危险,而采用变权模型得出的综合破坏指数进行易损性评价,可以适应地震动强度的变化,全面客观预估坝体在不同地震动强度下达到各个等级破坏的概率。     

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．     

均匀热荷载作用下层合简支梁的弹性力学解

基于二维热弹性力学理论,研究均匀热荷载作用下层合简支梁的弹性力学解.首先导出均匀温度场中满足控制微分方程和两端简支边界条件的单层梁的弹性力学解,然后利用层间界面位移和应力必须连续的条件,递推得到底层梁与顶层梁间的位移和应力关系.最后根据层合梁上下表面的边界条件确定待定系数,带回递推公式得到整个层合梁的应力和位移分布.本文方法的计算结果有很好的收敛性.与有限元软件的结果对照说明了本文方法的精确性.最后,研究了不同的变温对层合简支梁的位移和应力的影响,结果显示每个层间界面在x方向的应力是不连续.随着温度的升高,梁的最大位移相应地增大.温度越高,位移沿厚度变化的速率越大.     

基于ABAQUS的超高层建筑动力弹塑性抗震分析Dynamic elasto-plastic seismic analysis for a super high-rise building based on ABAQUS

某国际金融中心超高层建筑共113层,结构高度423 m。首先,利用S A P2000软件建立结构的有限元模型,通过基于C＃语言开发的导航式接口程序TJU ．SAP2ABAQUS将SAP2000模型转换为 ABAQUS模型。然后,依据规范进行7°多遇、基本和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。最后,模拟了超大震作用下该超高层结构的破坏过程。结果表明,（1）不同强度地震作用下结构的层间位移角均能满足规范限值要求。（2）罕遇地震作用下,结构满足大震不倒的抗震设防要求且有较高的安全储备。（3）超大震作用下,结构竖向刚度变化位置是结构潜在的薄弱部位,在抗震设计时应给予重点关注。     

线性粘滞阻尼耗能框架结构地震反应分析与优化

振动方程阻尼矩阵对于布置了阻尼器框架结构的振型不再具有正交性,传统的振型解耦法已不再适合于该振动方程的求解。本文采用状态方程直接积分法,研究了线性粘滞阻尼耗能框架结构的地震响应,并与SAP2000有限元软件的分析结果进行了对比,两者误差在5%以内;本文也探讨了阻尼器布置方式对框架结构地震响应的影响。结果表明:减震结构布置阻尼器的楼层,其层间位移角减小较显著;但未布置阻尼器的楼层,其层间位移角较大,甚至会出现层间位移角超过传统抗震结构相应值的现象,因此粘滞阻尼器在结构中应连续布置,不宜在结构中间断;当粘滞阻尼器在结构各楼层均匀布置时,结构各楼层最大位移反应相对传统抗震结构降低很多,约为抗震结构的20%~40%,减震效果较显著,但各楼层阻尼系数可根据均匀布置阻尼器的结构层间位移角优化;阻尼系数优化后,结构各楼层层间位移角差别减小,较为均匀。本文最后提出了线性粘滞阻尼耗能结构地震作用的实用计算方法。     

设置连接阻尼器的相邻结构随机地震动响应的简明封闭解

针对两相邻结构间设置连接阻尼器对结构的减震影响问题,研究了基于Kanai-Tajimi谱地震动激励下的Kelvin型粘弹性阻尼器与相邻结构形成的组合体系的随机地震动系列响应(绝对位移及层间位移)的简明封闭解。首先,利用Kelvin型粘弹性阻尼器本构关系及Kanai-Tajimi谱的滤波方程,将组合体系基于复杂地震动激励精确转化为基于简明白噪声激励的运动方程;其次,利用复模态法获得了组合结构相对于地面的绝对位移、层间位移等系列响应方差及0阶～2阶谱矩的统一简明封闭解。最后,通过算例及与虚拟激励法进行对比,证明本文方法的正确性和简明性;通过与未设置阻尼装置结构体系的动力响应对比,说明了阻尼装置对相邻结构具有良好的减震效果,但局部楼层的层间位移及层间剪力会有所增加。     

土工格栅路堤加筋效果的影响因素分析

土工格栅作为一种新型的土工合成材料,由于具有高强度、低延伸率等特点而被选作主要的路堤加筋材料,在路堤中适当位置加入土工格栅能有效地减少路堤的沉降和侧向变形。本文采用通用非线性有限元程序ABAQUS分析了加筋前后的路堤底部的竖向位移、堤址点垂线下地基深度的水平位移和地表的水平位移,计算中采用D rucker-Prager模型和C lay p las-tic ity模型模拟土体的非线性,土工格栅采用一维杆单元来模拟。通过对加筋层数、筋材模量、软基模量、填土高度和软土层厚度等影响加筋效果的因素进行对比分析,从计算结果分析可知,路堤加筋虽然对软土地基的竖向位移影响不大,但加筋能有效抑制侧向位移的发展,这样增大了路堤边坡的稳定性,分析结果与大多数实际工程的实测资料相吻合。     

序列地震动作用下复杂高层结构的反应特征分析

现有的结构地震反应分析通常只考虑主震作用,而在历次震害中余震导致建筑物破坏加剧甚至倒塌的事例时有发生.将实测主震加速度时程和余震加速度时程,采取首尾相连、中间间隔零幅值时程的方式模拟主、余震序列地震动,以某98m高的复杂高层结构为背景,分析了主、余震序列地震动作用下复杂高层结构的反应特征,对比了主震作用、余震作用、以及主余震序列地震动作用下结构反应的差异.结果表明:余震对结构损伤加重的影响在各楼层间分布不均匀,主震作用下损伤严重的楼层,在余震作用时的损伤加重程度更大;余震作用使结构的残余位移发生了变化,结构的损伤加重;序列地震动作用下结构的塑性损耗指标较对应主震单独作用时有较明显增大.     

考虑地基水平摩阻的Winkler地基上板模型解析

在Winkler地基模型基础上,采用板与地基之间的水平摩阻应力正比于板与地基接触点间水平位移假设,推演了包含板弯曲和轴向拉压效应的非线性地基板微分方程;应用摄动法分析竖向集中力作用下,板与地基水平摩阻应力对板内力（弯曲力、轴向力和剪应力）、位移（挠度、水平位移）的影响规律,实证了板与地基水平摩阻应力对板剪应力的非线性影响可以忽略不计,从而得到了轴对称条件下计入地基水平摩阻的Winkler地基上薄板的线性微分方程．随后通过汉克尔变换得到了轴对称无限大板的解析解,以及包含四项复宗量贝塞尔函数的轴对称圆形板的解析解,给出了板内力、位移的计算式;最后,通过算例分析了板与地基间水平摩阻状况对板挠度、截面弯矩的影响规律．结果表明：地基板挠度与弯矩随着板与地基间水平摩阻的增大而减少;当地基板水平摩阻参数大于0.01时,地基水平摩阻力对板挠度和弯矩影响有可能超过2%,应予考虑;无限大板作用圆形均布荷载时,水平摩阻的存在最大可使板最大挠度（即荷载圆中心点处挠度）下降约50%,板最大截面弯矩（即荷载圆中心点处弯矩）下降约70%.     

液化地基中桩的破坏机理研究进展

地震诱发的地基液化对桩基础的破坏极大,液化地基中桩的破坏机理是岩土地震工程中的一个重要研究课题。目前地基液化时桩—土—结构系统的地震性态尚没有认识充分,已有的研究内容较多局限于桩身材料的强度破坏方面,难以考虑液化土体侧向流动、基桩屈曲失稳、以及土与结构动力相互作用等复杂因素的影响。本文重点加强以下3个方面的深入探讨和研究:(1)液化地基中桩的屈曲失稳;(2)液化地基中桩基破坏的数值模拟新方法;(3)液化地基中桩-土-结构的动力相互作用分析。     

基于非线性本构关系的软管编织增强层等效刚度修正方法研究

基于Hachemi提出的金属编织层本构理论以及拉伸实验的研究方法,进行了不同尺寸金属编织软管的拉伸实验．发现金属编织层在拉伸时会出现强烈的结构非线性,而该理论不能在非线性段与实验结果相吻合．提出了对理论中编织层刚度矩阵修正方法,将金属纤维间交叠产生的接触等效地转化为“修正基体”,独立于金属纤维自身产生的刚度．同时,结合编织角在实验中呈现的变化趋势,提出管状金属编织层在等位移拉伸荷载下编织角呈线性变化的假设．这与Hachemi的假设恰好相反．Hachemi认为编织层受拉时,编织角减小到一定程度则会发生锁定现象．而实验证明了编织角并不会发生锁定．且直到编织层破坏为止,编织角变化的趋势基本呈线性．本文还提出了修正编织角变化的加速系数k,通过金属纤维间的侧向接触解释了实验与数值仿真结果中,力位移曲线与编织角变化曲线不能同时吻合的力学机理．     

板下地基位移分布规律及参数确定

将弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分变换解与弹性半空间地基上四边自由矩形板受任意竖向荷载作用下的弯曲解析解相结合,建立了求解板下地基位移的一般方法.对一些算例,进行大量数值计算分析,得出弹性半空间地基上四边自由矩形板下地基水平位移和竖向位移的分布规律,地基影响深度,并由此分布规律确定了其相应的简化模型-双参数地基模型的两个参数.     

TMD耗能结构基于Kanai-Tajimi谱的地震动响应新简明解

针对TMD耗能结构基于Kanai-Tajimi(K-T)谱的地震动响应的表达式复杂不利于工程应用的问题,提出了一种简明解法。首先将K-T谱的滤波方程和TMD耗能结构的运动方程联立,把基于K-T谱的地震动转化为基于白噪声激励的地震动。其次,运用复模态法获得TMD耗能结构的复振动特征值及模态强度系数;运用随机振动理论获得随机地震动响应(结构层位移及其变化率、层间位移及其变化率和层间剪力)协方差和功率谱密度函数的简明表达式。然后,基于谱矩的定义,获得TMD耗能结构地震动响应的0-2阶谱矩的简明解析解。最后研究了基于首次超越破坏准则及Markov分布假设的TMD耗能结构的体系动力可靠度。给出算例并与虚拟激励法进行比较,结果表明:两者的响应功率谱密度函数完全一致;当虚拟激励法积分步长为0.1rad/s,积分区间为0rad/s～1000rad/s时,两种方法所得结构响应的0-2阶谱矩完全重合,表明本文方法的简明性和精确性。     

基于修正的Clough-Penzien地震动模型时MTMD的动力特性

研究了由许多刚度和阻尼保持常量而频率呈线性分布的TMD形成的MTMD的地震特性，基于虚拟激励法和本文提出的平稳过滤有色噪声地震动模型（修正的Clough-Penzien地震动模型），建立了结构－MTMD系统的传递函数，进而导出了设置MTMD时结构的动力放大系数（DMF）明确表达式。MTMD的优化准则可选为最大动力放大系数的最小值的最小化（Min.Min.Max.DMF)。通过最优搜寻可得MTMD的最优频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比和相应的无量纲控制有效性指标。考虑结构受控频率与场地土卓越频率比的不同取值和不同场地类型，研究了场地土卓越频率和场地类型对MTMD最优参数及有效性的影响。而且，为比较，基于Clogh-Penzien地震动模型和不考虑地震动模型的结果也被考虑。     

墙—桩—土共同作用的位移影响系数的计算

本文根据Ｍｉｎｄｌｉｎ方程积分，推导出地下连续墙作为承重结构的墙－桩－土共同作用位移影响系数为计算公式，得到了共同作用柔度矩阵用于地下连续墙作承重结构与桩，筏（箱）基础和地基及上部结构共同作用分析中，可以得出比较满意的结果。     

土-地铁车站及其上盖结构体系地震反应分析

为研究地震作用下地铁车站及其上盖结构体系的地震反应特征,本文以一典型的地铁车站及上盖结构体系为背景,采用ABAQUS软件建立土-地铁车站及其上盖结构体系的三维有限元模型,利用等效线性化方法考虑土的非线性,以不同类型的单向地震波和双向地震波（含水平向和竖向）作为输入,对土-地铁车站及其上盖结构体系进行了地震反应分析,比较了不同类型地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系地震反应的差异,探讨了竖向地震动效应和转换梁刚度的影响．本文的算例结果表明：与普通基岩波和El-centro反演波输入相比较,在长周期基岩地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系的内力响应和位移响应均最大．这一地铁车站及其上盖结构体系的薄弱部位位于地铁车站底层第2列、第3列柱的柱端和侧墙与底板连接处．竖向地震动对地铁车站及其上盖结构体系中柱的轴力响应值有较大影响．对于本文的动力计算工况,适当弱化转换梁刚度可降低上盖结构层间位移角的动力响应值．