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．     

长周期地震波作用下高层建筑结构的弹塑性动力响应分析

由于长周期地震动记录的缺乏,目前国内外对长周期地震动特性的研究尚不成熟,对长周期地震波作用下高层建筑结构弹塑性动力响应的研究成果也较少.本文从2003年日本北海道十胜冲地震记录中挑选出长周期TOM( EW)波作为输入,以一30层钢筋混凝土框架-核心筒结构为背景,采用Hilber-Hughes-Taylor递推格式,进行...     

拟合地震波作用下综合管廊抗震有限元分析

以包头市城区综合管廊为研究对象,利用工程场地土的剪切波速等参数,合成基岩地震加速度作为输入地震动时程,并利用Midas GTS NX软件对其进行模拟,得到了土体位移响应、土体加速度响应、管廊加速度响应、管廊相对位移变化以及管廊最大剪应力,并进行了分析。结果表明:土体深度越小,土体加速度放大系数越大;综合管廊各点处加速度时程曲线与输入地震波时程曲线基本吻合;管廊最大剪应力出现在右侧顶板,证明了在地震作用下管廊受土体变形的影响发生了一定的扭曲破坏。因此,在设计、施工过程中应该对管廊的顶板进行重点设计与防护。     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法,本文基于非均匀调制演变随机过程,建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型;利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系,推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式,可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定,采用分部积分方法,进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后,本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景,建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型,对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下,结构的响应功率谱也具有明显的演变特征;利用文中给出的互相关函数计算公式,可避开调制函数的数值微分,提高计算精度．     

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．     

爆炸波作用下地下防护结构与围岩的非线性动力相互作用分析

针对实际地下工程中普遍存在的材料非线性以及半无限介质域的处理问题,给出了基于时间有关基本解的时域边界元法与非线性动力有限元法的耦合方法,应用该耦合方法计算了一马蹄形截面地下防护结构与围岩受爆炸冲击波作用下非线性相互作用的时间历程,并与线弹性情况进行了比较分析。结果表明:本文的方法具有较高精度,真实地再现了波在弹性层中传播以及反射的全过程。     

土-桩-结构相互作用体系随机地震反应分析

本文采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法，以基岩随机地震作为输入，对群桩基础和土-桩-结构相互作用体系进行了三维随机地震反应分析。文中首先以一3X3群桩基础作为分析模型，探讨了桩-土-桩动力相互作用对承台随机地震反应的影响；然后，用单自由度体系模拟上部结构，分析了上部结构惯性对桩基承台随机地震反应的影响。在此基础上，以某桥桥墩为背景，用多自由度体系模拟上部结构，建立了土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型，获得了桩基承台的功率谱响应、以及桩顶处的主应力标准差和主应力速率标准差等结果，探讨了群桩顶部各桩主应力标准差的分布规律，得到了一些有应用价值的结果。     

爆炸荷载作用下围岩与地下结构的动力相互作用

利用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流固耦合计算方法,对炸药在地下拱形结构上方岩石中垂直爆炸过程进行数值模拟,借助波动理论p-u Hugoniot线对爆炸冲击波在围岩与结构之间的传播和加卸载过程进行理论分析;得到了不同跨度拱形结构与围岩之间的最大相互作用力及相互作用力分布图。研究结果表明：冲击波由高阻抗围岩向低阻抗混凝土传播时,围岩卸载,应力减小;反向传播时,岩石加载,应力增大;爆距为5 m时爆炸冲击波对40 m跨度拱形结构整体产生拉压震荡,引起的震动效应显著。     

基于子结构法的土-地下空间结构体系地震反应高效计算系统研究

为研发适用于土-地下空间结构相互作用体系地震反应分析的高效计算系统,本文基于子结构方法,综合利用ABAQUS软件和SASSI 2010的各自优势,通过二次开发,构建了一个适于土-地下空间结构动力相互作用分析的高效计算系统(ABAQUS-SASSI 2010 Combined System,简称ASCS)．该计算系统实现了ABAQUS软件和SASSI 2010的无缝连接,用户可以按照ABAQUS软件的可视化前处理功能,方便地建立包括土-地下空间结构相互作用体系在内的各种有限元模型,并调用和执行SASSI 2010程序的不同模块,按子结构方法对整个体系实施高效计算．为验证ASCS计算系统的有效性,文中首先采用ASCS计算系统对日本阪神地震中大开地铁车站的震害进行了模拟;然后,采用ABAQUS软件建立土-大开地铁车站结构相互作用体系的整体有限元分析模型,通过对比分析ASCS计算系统的子结构法结果和ABAQUS软件的整体有限元法结果,进一步验证了ASCS计算系统的计算精度和效率．结果表明：基于本文ASCS计算系统的数值模拟结果与阪神地震中大开地铁车站的震害结果一致;ASCS计算系统的子结构法结果与整体有限元法结果基本吻合,但前者的CPU时间是后者的1/21,明显提高了计算效率．     

爆炸冲击波作用下围岩与被覆结构的动力相互作用

爆炸作用下围岩与被覆结构的动力相互作用对于合理确定防护结构荷载、科学设计被覆结构具有重要意义。运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流-固耦合算法,对垂直爆炸作用下不同爆距、不同跨度的地下结构与围岩的动力相互作用进行了数值模拟,应用波动理论进行了动力相互作用力分析,讨论了相互作用动载计算公式在岩石结构中的适用性,得到了围岩与被覆结构的最大相互作用力变化规律。研究结果表明:在距拱顶1~25 m垂直爆炸作用下,14~25 m跨地下结构都发生了拱顶局部破坏,整个拱的混凝土均会产生震动裂缝;当爆距为4 m时,围岩与结构的动力耦合作用最大,可以作为确定最大荷载的依据。     

近断层地震动作用下地铁车站中柱减震效果研究

为研究近断层地震动作用下地铁车站中柱减震效果,本文首先从PEER强震数据库中选取我国台湾集集大地震中典型近断层地震动记录,进行了近断层地震动频谱特性分析。然后,以某地铁车站为背景,分别建立中柱安装橡胶隔振支座和没有安装橡胶隔振支座的土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型。在此基础上,选取4条具有明显脉冲特性的近断层地震动记录和El Centro波作为输入,对土-地铁车站结构相互作用体系进行了地震反应分析,对比分析了减震模型和原型结构的位移响应和应力响应等结果,探讨了近断层地震动作用下地铁车站中柱的减震效果。结果表明:近断层脉冲型地震动具有较大的加速度、速度和位移时程幅值,并有明显的速度脉冲效应,0.1～1Hz的低频成分丰富;在地铁车站中柱柱端安装橡胶支座后,改变了车站结构的传力机制,使得顶板的内力及变形不能有效的传递到中柱上,起到了非常明显的减震效果;中柱增设橡胶支座后结构整体刚度变小,车站结构侧墙内力和水平变形较原型结构有明显增大。     

Characterization of the Dynamic Response of Structures to Damaging Pulse-type Near-fault Ground Motions

The presence of long-period pulses in near-fault records can be considered as an important factor in causing damage due to the transmission of large amounts of energy to the structures in a very short time. Under such circumstances high-energy dissipation demands usually occur, which are likely to concentrate in the weakest parts of the structure. The maximum nonlinear response or collapse often happens at the onset of directivity pulse and fling, and this time is not predicted by the natural structural vibration periods. Nonlinear response leading to collapse may in most cases occur only during one large amplitude pulse of displacement. From the study of the response of both linear and nonlinear SDOF systems, the effects of these distinctive long-period pulses have been assessed by means of : (i) synthetic parameters directly derived from the strong ground motion records, and (ii) elastic and inelastic spectra of both conventional and energy-based seismic demand parameters. SDOF systems have first been subjected to records obtained during recent earthquakes in near-fault areas in forward directivity conditions. The results indicate that long duration pulses strongly affect the inelastic response, with very high energy and displacement demands which may be several times larger than the limit values specified by the majority of codes. In addition, from the recognition of the fundamental importance of velocity and energy-based parameters in the characterization of near-fault signals, idealized pulses equivalent to near-fault signals have been defined on account of such parameters. Equivalent pulses are capable of representing the salient observed features of the response to near-fault recorded ground motions.     

内爆炸下钢管混凝土结构变形与破坏的试验分析及数值模拟

钢管混凝土结构由于具有良好的力学性能和低经济成本而受到广泛应用,因此对它的研究很多,但对它在爆炸作用下尤其是内爆炸作用下的研究很少,故分析钢管混凝土结构在内爆炸下的变形与破坏具有重要意义.本文通过试验与数值模拟方法,分析了内爆炸下钢管混凝土结构在具有二条预制狭缝时的变形与破坏情形.结果表明,钢管变形主要发生在靠近狭缝处,变形大小随药量的增加而增大,最终导致钢管在狭缝两端出现约45°方向的裂纹,引起钢管混凝土剪切破坏.     

爆炸地震动下矩形储液结构动力响应理论研究

为完善防护工程储液结构设计与评估体系,开展了爆炸冲击地震动作用下储液结构动力响应理论研究。将矩形储液结构简化为具有分布弹性的广义单自由度体系,采用虚功原理建立水平地震动下结构运动方程,通过双向梁函数组合法、Rayleigh法和Duhamel积分法分别得到储液结构壁板振型、振动频率和动力响应,进而构建地震响应谱。利用爆炸冲击震动模拟平台开展模型试验,结构测点应变、动水压力计算值与试验数据基本一致,验证了理论方法。通过算例分析储液率、地震动要素对模型结构动力响应的影响,构建爆炸地震动下储液结构挠度响应谱,结果表明：随储液率增加,结构基频降低,地震动激励特征因子先提高后降低,后者反映流固耦合对地震作用的强化效应先增强后减弱;弹性范围内,随地震动加速度峰值提高,结构挠度响应线性提高;地震动加速度持时和波形改变影响频谱特性,使挠度响应发生非线性变化;典型波形爆炸地震动的作用效果均可划分为相对于等效静力作用的缓和区、增强区和等效区;以响应谱峰值作为最不利响应进行防护设计偏于保守,考虑场地爆炸参数范围进行计算可提高工程设计的经济性。