浅埋偏压小净距隧道加速度响应规律试验与数值模拟研究EI北大核心CSCD

为了获得浅埋偏压小净距隧道在地震作用下的加速度响应规律,采用振动台试验与数值模拟相结合的方法,以双向大瑞波(DR-XZ)作为加载波,研究了在不同加速度激振峰值作用下浅埋偏压小净距隧道的加速度响应规律,探讨了非偏压与偏压对浅埋小净距隧道加速度响应的影响。研究结果表明:在双向加载波水平方向上隧道的右半拱加速度响应较为强烈,竖直方向上拱顶与拱脚处加速度响应较为强烈;相对比隧道在加载波的水平方向上加速度响应,竖直方向上隧道加速度响应较为剧烈;地震波的激振方向对隧道加速度响应有较大的影响;隧道测点加速度响应变化趋势受上覆岩层的厚度、中岩柱及岩质边坡等因素影响;振动台试验值与数值模拟值之间的误差在合理的范围内,且两者变化趋势较为相似,验证了振动台试验的合理性与数值模拟结果的可靠性;相对于偏压隧道,非偏压隧道的加速度响应规律性较强,偏压对隧道加速度响应的影响作用较强。     

浅埋偏压小净距隧道加速度响应规律试验与数值模拟研究

为了获得浅埋偏压小净距隧道在地震作用下的加速度响应规律,采用振动台试验与数值模拟相结合的方法,以双向大瑞波(DR-XZ)作为加载波,研究了在不同加速度激振峰值作用下浅埋偏压小净距隧道的加速度响应规律,探讨了非偏压与偏压对浅埋小净距隧道加速度响应的影响。研究结果表明:在双向加载波水平方向上隧道的右半拱加速度响应较为强烈,竖直方向上拱顶与拱脚处加速度响应较为强烈;相对比隧道在加载波的水平方向上加速度响应,竖直方向上隧道加速度响应较为剧烈;地震波的激振方向对隧道加速度响应有较大的影响;隧道测点加速度响应变化趋势受上覆岩层的厚度、中岩柱及岩质边坡等因素影响;振动台试验值与数值模拟值之间的误差在合理的范围内,且两者变化趋势较为相似,验证了振动台试验的合理性与数值模拟结果的可靠性;相对于偏压隧道,非偏压隧道的加速度响应规律性较强,偏压对隧道加速度响应的影响作用较强。     

二级支护边坡重力式挡墙地震动力特性的振动台试验研究

根据顺层岩石倾角20°,30°和40°,设计了3个比尺为1∶8、重力式挡墙与格构式锚杆框架结构二级组合支护的厚覆盖层与顺层岩石边坡模型,开展了3个大型振动台模型试验,对比研究多级支护和不同顺层岩石倾角条件下重力式挡墙的地震动力响应特性。大型振动台模型试验以汶川波作为激振波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向等三种激振方式,测试了重力式挡墙加速度、动位移和动土压力响应特性。通过分析加速度动力响应特性,得到了加速度放大系数随激振方式、激振加速度峰值、墙高和顺层岩石倾角的变化规律;通过分析动位移响应特性发现,重力式挡墙主要产生水平向动位移响应和动位移模式,且主要由水平向激振所产生,其动位移响应特性、动位移模式不因激振方式、岩层倾角而变化;通过对动土压力响应特性分析,得到了不同岩层倾角、激振方式条件下的动土压力沿墙高分布形式,以及动土压力响应峰值与岩层倾角、激振方式的变化规律。试验研究结论为二级支护边坡中重力式挡墙抗震设计及其地震动力反应特性的进一步研究奠定了良好的基础。     

爆炸荷载下岩质边坡动力响应规律研究

为研究爆炸荷载作用下边坡岩体的动力响应变化规律,基于背景工程结合岩质边坡下部台阶爆破开挖进行现场振动监测,建立了岩质边坡动力响应数值计算模型,系统分析了边坡岩体质点峰值振速、应力场及位移场的变化和分布规律。结果显示:边坡坡顶处,质点峰值振速均随爆心距增大而衰减,且衰减速率随爆心距增加逐渐减小;边坡坡面上,相邻台阶上存在高程放大效应现象,局部放大系数达1.50;同一台阶外缘"鞭梢效应"显著,靠近爆源处台阶外缘质点峰值振速放大系数为1.46,"鞭梢效应"随高程增加逐渐减弱;台阶边坡坡脚处应力集中明显,坡形骤变对应力波动影响较大,受"鞭梢效应"影响,边坡台阶上质点峰值振速最大值与应力最大值出现位置无相关性。     

重力式与格构式组合支挡结构位移和应变地震响应的振动台试验研究

重力式挡土墙与格构式框架护坡组合是典型的高边坡支护方式,其地震作用下的动位移和动应变响应特性是颇为关注的问题,为此设计了一个比尺为1:8的边坡模型,开展大型振动台试验研究。试验结果表明：支挡结构只在水平向地震波作用下产生水平向的动位移响应,X向激振下的动位移负峰值和XZ双向激振下的动位移正峰值较小。当激振加速度 ≤0.6g时,在X向或XZ双向激振下,动位移正峰值和负峰值基本相同,当 ＞0.6g时,X向激振时动位移正峰值大于负峰值,而在XZ双向激振时负峰值大于正峰值。在X向或XZ双向激振下,当 ≤0.6g时永久位移响应幅度较小,而当 ＞0.6g时响应强度急剧增大。XZ双向激振时永久位移量稍大于X向激振且方向相反。重力式挡墙的动位移模式为平移与转动的耦合,且动位移模式的变化与地震动方向、烈度相关;格构式锚杆框架梁的动位移模式为平移。在水平向地震波作用下,重力式挡墙墙顶和框架梁产生较大的正向动应变响应。     

空间小净距交叉隧道动力响应振动台试验研究

为研究空间小净距交叉隧道在地震荷载作用下的动力响应，开展了相似比为1∶50的振动台模型试验，设计并加载了5种工况水平向El-Centro地震波，通过采集的试验数据对隧道动应变响应进行了分析，并对交叉段及非交叉段围岩的加速度响应进行了对比研究，在此基础上使用反应谱理论对其动力特性与地震动之间的关系进行探讨。试验结果表明：上跨隧道的应变峰值均大于下穿隧道，同时上跨隧道的存在及围岩的挤密效应减弱了地震波对于下穿隧道的冲击作用；地震荷载作用下空间交叉隧道的动力响应具有一定的“滞后性”,上跨隧道的震害破坏出现时间较早且更为严重；围岩内部各测点的加速度放大效应都沿高程方向表现出显著的峰值特征，非交叉段的加速度响应在靠近上跨隧道拱顶处最为强烈，而交叉段却出现在靠近下穿隧道拱顶处；坡体各测点位移反应谱的幅值随输入地震波幅值的增大而逐渐增大，且卓越周期也随之增大，即卓越频率逐渐减小；弱震(0.1g)作用下，短周期(0.5～1.5 s)内反应谱曲线具有显著的峰值特征，而强震(0.6g)作用下，长周期(3.0～5.0 s)内反应谱曲线沿高程具有明显的放大效应。     

偏压隧道模型振动台试验与数值模拟研究

根据动力模型试验相似关系,设计了一个比尺为1∶10的偏压隧道模型,开展大型振动台模型试验,研究地震作用下偏压隧道加速度动力响应规律,模型试验以汶川波作为输入波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种加载方式。利用MIDAS/NX有限元软件进行数值模拟,并与模型试验结果对比分析。研究表明:衬砌测点的加速度时程曲线与输入地震波特征相似,卓越频段和傅氏谱谱值都增大。X向激振时,加速度放大效应不明显且放大系数随激振幅值的增大而略有减小;竖向波对衬砌加速度动力响应影响明显大于水平地震波,表现为加速度放大效应显著;XZ双向激振时,相比于单向波而言测点加速度放大系数有增大、也有减小,与测点位置有关,临近边坡侧测点竖向加速动力响应较大,非偏压侧拱脚和拱顶是抗震设计的重点;数值模拟与试验结果在变化趋势上相近,数值上拟合程度高,在输入Amax0.2g时,模拟结果误差较小,随输入加速度峰值的增大误差增大。     

受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究

为了研究在上部结构存在下隧道与土体的地震响应规律,以地表建筑结构和地下上下平行隧道体系为背景,在软土场地上进行了隧道-土-相邻上部结构体系振动台试验。先介绍了整体试验的概况,包括振动台性能和模型材料,模型各物理量的动力相似关系,模型结构的尺寸,并参照已有研究选定了模型箱内部的边界条件,模型中传感器的位置以及适合该场地的地震波和加载制度。然后,分别从加速度和变形两方面对上下平行隧道与土的地震响应进行分析。在上部结构存在条件下,试验数据表明:①土体加速度峰值沿深度整体自下而上增大,隧道上部土体的加速度增大明显,随着输入加速度峰值的增大,土体的加速度放大系数减小;②在地震波作用下,上隧道的加速度反应大于下隧道,且上隧道的拱腰、拱脚部分与下隧道的拱肩、拱脚部分应变峰值最大。     

爆破荷载作用下邻近深埋隧道衬砌动力响应数值模拟

为了研究深埋小净距隧道在爆破荷载下的动力响应以及保证隧道的安全和稳定,以三洞分离隧道爆破开挖工程为背景,通过ANSYS/LS-DYNA模拟分析深埋小净距隧道在爆破荷载作用下的衬砌动力响应。分析了隧道同一截面拱顶、拱腰、拱脚不同测点,不同断面的振速和位移。研究结果表明：衬砌内侧(与净空面接触)拱脚首先产生振动,爆破卸载后,衬砌外侧(与岩石接触)振动速度达到峰值。纵断面的振动速度差异较大,水平位移的影响大于垂向位移的影响。最大位移出现在拱顶,其次出现在迎爆侧拱腰处。断面拱脚处测点振动加速度最大,受到的爆轰也最大。     

行波效应对大型水电站厂房地震响应的影响

为研究行波效应对平面尺寸较大的水电站厂房结构地震响应的影响,选取某实际厂房结构,建立三维有限元模型,借助ABAQUS有限元软件,采用振型分解时程分析法进行结构动力计算。调整Koyna水平地震波加速度峰值为0.246g作为地震荷载。结果表明行波效应影响厂房结构位移响应主要体现在动位移峰值上,波速不大时可能使动位移峰值最大减小25%;对加速度响应峰值和响应时程影响都较明显,波速较小时可能使得结构加速度峰值滞后于地震加速度峰值出现;不考虑行波效应对厂房结构设计是偏安全的。如工程所在地地震波传播速度不大,可以适当考虑行波效应,以使结构设计更趋科学合理。     

基于最大坡度法提取非平稳信号小波脊线和瞬时频率

提出一种基于最大坡度法的非平稳信号小波脊线提取和瞬时频率识别新方法。该方法首先对非平稳响应信号进行连续复Morlet小波变换,其时间轴、小波尺度轴及小波系数模值构成一个三维坐标系（x, y, z）;其次从预先设定的小波脊线初始点出发,在一定范围内进行搜索,并分别计算其在时间-尺度平面（x-y）的距离、z方向的距离及小波脊线的坡度值。最后,求解位于最大坡度方向上的各空间点并将其连接成线即为所求的小波脊线。采用三个非平稳信号数值算例和一个拉力时变的拉索试验验证了最大坡度法的有效性,并与基于小波系数模局部极大值的脊线提取方法、动态规划法及瞬时频率理论值进行比较。数值模拟和试验结果表明,该方法能够有效提取非平稳响应信号的瞬时频率,且识别精度优于基于小波系数模局部极大值和基于动态规划的小波脊线提取方法。     

The effects of forging pressure and temperature field on residual stresses in linear friction welded Ti6Al4V joints

Linear friction welding (LFW), as a solid state joining process, has been developed to manufacture and repair blisks in aeroengines. The residual stresses after welding may greatly influence the performance of the welded components. In this paper, the distribution of residual stresses in Ti6Al4V joints after LFW was investigated with numerical simulations. The effects of applied forging pressure and temperature field at the end of the oscillating stages on the residual stresses within the joints were investigated. The results show that, the residual tensile stresses at the welded interface in the y-direction are the largest, while the largest compressive stresses being present at the flash root in the z-direction. Furthermore, the forging pressure and temperature field at the end of the oscillating stages strongly affect the magnitude of the residual stresses. The larger forging pressure produced lower residual stresses in the weld plane in all three directions (x-, y-, and z-directions). Larger variance, σ, which decides the Gaussian distribution of the temperature field, also yields lower residual stresses. There is good agreement between simulation results and experimental data.     

行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律,以某490m钢桁拱桥为研究对象,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式,有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明:行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著,从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量,行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大,若不考虑行波效应,将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比,行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大,使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著,尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加,拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大,而竖向位移拟静力分量逐渐减小,拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向,导致总位移均明显大于对应的动力位移。     

爆破地震波频率对多自由度弹性体系动力响应的影响分析

通过对一个三自由度弹性体系在垂直方向上分别加载多个不同主频的实测爆破地震波和理想正弦波,使用集中冲量法利用计算机编程求解出各爆破地震波激励下的竖向动力响应,并通过分析该结构体系的各动力响应幅值变化来探讨爆破地震波频率对三自由度弹性体系动力响应的具体影响。计算结果表明,结构的第一自振频率在分析结构各层质点的响应幅值中起主导地位;考虑爆破地震波是一个包含很多频率成分的复杂的振动信号,在分析实测爆破地震波频率对结构动态响应的影响时,除主频外,应同时考虑其它占有相当能量比例的优势频率的影响。     

电磁轨道发射过程中电枢运动特性参量的一种简捷算法

在介绍了电磁轨道发射装置发射过程模拟方法的基础上, 将电枢位移x(t) 、电枢速度v(t)等变量视为独立函数, 给出了发射过程中回路电流#em/em#(t) 的解析表达式。基于回路电流#em/em#(t) 、电枢位移x(t) 、电枢速度v(t)和电枢加速度a(t) 的基本方程, 提出了电磁轨道发射过程中电枢运动特性参量的一种简捷算法, 给出了该算法的流程图, 并指出了时间步长和收敛准则的确定方法。该算法可以移植到任何具备二次开发平台的有限元软件之中。通过电磁轨道发射装置的计算实例, 表明了该算法的有效性和可靠性。     

独立式石箍窑洞振动台试验研究

根据现场调研,以山西省静乐县典型三连拱独立式石箍窑洞为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶4的模型结构,并对其进行了地震模拟振动台试验,分析了模型结构的自振频率、阻尼比、加速度放大系数、最大相对位移、位移角、底部剪力与耗能等。结果表明：独立式石箍窑洞结构在地震作用下的薄弱部位为边洞洞口处拱顶与中窑腿;随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构自振频率下降,阻尼比上升;模型结构各部位的动力放大系数随着输入峰值加速度的增加变化不大,x向动力放大系数最大处为拱顶,y向动力放大系数最大处为窑顶;输入加速度峰值为70 gal(小震)、200 gal(中震)、440 gal(大震)时,结构最大侧移角均出现在拱顶,分别为1/1618、1/491、1/255,输入峰值加速度为600 gal时,最大侧移角出现在窑顶,为1/102;输入峰值加速度为800 gal时,结构的最大扭转角为0.0037 rad;底部剪力和累积滞回耗能均随着输入地震波峰值加速度的增大而增大。研究结果可为石箍窑洞这一西北传统民居的妥善保护和传承提供科学依据。     

波浪地震耦合作用下悬浮隧道动力响应分析

为了分析波浪地震耦合作用下悬浮隧道的动力响应,通过Stokes波浪理论和三角级数法计算了波浪荷载和地震荷载,基于D’Alembert原理建立了波浪地震耦合作用下悬浮隧道的管体-锚索模型。结合悬浮隧道待建工程对荷载参数和系统响应进行分析,结果表明:波浪地震耦合作用下悬浮隧道管体-锚索模型与锚索振动模型具有较好的一致性,但后者无法考虑系统的参数振动;地震的方向对悬浮隧道系统的响应具有显著影响,相同地震峰值加速度下水平地震作用所产生系统的响应要大于竖向地震作用,且锚索的响应大于管体;地震的峰值加速度与系统响应之间具有一定的函数关系,随地震荷载峰值加速度的增加系统的最大位移响应约呈线性增加趋势;在地震荷载的基础上考虑波浪荷载后系统的响应有所增大。随波浪波高和波长增加系统响应约呈线性增大,且较小波浪的周期(小于10 s)易引发系统的共振。     

危岩破坏激振信号概率统计特征研究

具有复杂成生关系的危岩块聚集体是孕发大型及特大型崩塌灾害的基本条件,聚集体内任何一个危岩块的突发性破坏均会释放能量,并向周围传播,产生激振效应,可用激振加速度表征危岩破坏激振信号。针对坠落式危岩,通过室内模型试验,分析了实验条件下危岩破坏激振信号的概率统计特征。分析结果表明,危岩破坏所释放的能量具有点荷载特征,激振信号具有一定的自相关性;激振信号的概率密度呈现单峰型近似正态分布,概率密度水平方向的峰值强度大于竖直方向的峰值强度;危岩破坏瞬间,距离激振源越近,激振信号的均值、有效值和标准差数值越大,且竖直方向的量值大于水平方向的量值;危岩块之间界面的完整性影响着激振信号的传递效果,完整性越好,激振信号的统计特征值及概率密度峰值越大,激振信号衰减用时越长。研究成果对于实施考虑相似条件下危岩破坏激振效应实验研究有积极意义。     

地震模拟振动台多向扩展系统

为利用单振动台实现大跨度空间结构多维多点激励的振动台试验研究,提出地震模拟振动台改向扩展系统概念。结合曲杆机构改变地震波传递方向的特性,对地震模拟振动台扩展系统进行结构动力分析。根据多点激励理论,考虑上部结构惯性力对子台的作用,推导出子台等效质量的计算公式。在谐波荷载作用下,给出多向扩展系统动力响应的解析式。研究表明,多向扩展系统能有效改变地震波的峰值加速度、相位和传递方向,是一种利用单振动台实现大跨结构多维多点激励试验研究的有效方法。算例结果验证了本文理论的正确性,为振动台多向扩展系统的研制提供理论依据。