输水隧道流-固耦合地震反应研究

目的为了研究在考虑介质的辐射阻尼的情况下，穿越软土地区的浅埋大管径输水隧道在内水作用下。其水体晃动、阻尼系数、地震激励方向、内水压力、围岩种类、围岩和衬砌的非线性以及衬砌的厚度对衬砌的地震响应的影响．方法根据流固耦合原理建立内水-衬砌-围岩三者的运动方程。以一穿越河底的输水隧道为例，采用三维流固耦合有限元程序对其进行地震反应分析．其中管内水体采用基于势的流体单元．结果经分析得出其中水体晃动、地震激励方向、高内水压力、围岩种类，围岩非线性及衬砌的厚度都对衬砌的地震响应的影响很大．结论采用有限元理论分析了对衬砌的地震响应有影响的几个因素，为工程设计与施工提供了可靠的理论依据．     

穿越断层隧道纵向地震响应规律解析解

隧道穿越断层区域在地震中易受到严重破坏,是隧道抗震设防的重点控制区域。针对现有设计方法很少考虑隧道穿越断层的现状,基于穿越断层隧道地震响应特点,将隧道沿纵向简化为三段位于不同地层条件的黏弹性地基上的剪切梁,推导了地震动下穿越断层隧道纵向地震稳态响应的解析表达式,建立了面向工程设计的穿越断层隧道纵向抗震简化分析方法。首先,采用Kelvin黏弹性地基上的剪切梁模拟衬砌节段,基于格林函数法、拉普拉斯正逆变换和留数法推导衬砌节段在荷载激励下沿纵向的响应。其次再结合衬砌连续性条件获得穿越断层隧道纵向响应解析解。然后通过与数值分析结果的对比分析,验证了该方法的有效性和可行性。最后采用该解析方法进行了敏感性参数分析,探究了边界条件、结构刚度、断层破碎带性质、地基阻尼等关键因素对穿越断层隧道结构地震响应的影响规律：（1）增大衬砌的弯曲刚度会减小衬砌上的位移响应,但同时会显著增大衬砌上的内力响应值;（2）加固断层围岩可减小衬砌在地震动作用下的位移响应,也使衬砌的内力响应减小,并能减小断层对隧道沿纵向地震响应的影响范围;（3）阻尼的存在使衬砌的振动沿隧道纵向出现异步性,加载波的频率越高,隧道衬砌振动的异步性越明显。该解析方法能够快速计算得到穿越断层隧道的地震响应,可为相关隧道工程的抗减震设计提供参考。     

考虑结构-地基相互作用CFST拱桥地震反应分析

为研究结构-地基相互作用对上承式大跨度钢管混凝土拱桥地震反应的影响,以黏弹性人工边界模拟半无限介质的辐射阻尼及远场地球介质的弹性恢复性能.用大型计算软件ANSYS为计算平台,以跨径为430 m的上承式钢管混凝土拱桥为工程背景,分析了多种地基情况对上部结构地震反应的影响.结果表明,考虑结构-地基相互作用后与拱脚固结情况相比拱桥固有频率、地震应力值降低,地震位移反应有所增加;该桥各关键截面的地震应力变化不大,钢管应力下降最大不超过1%,混凝土应力下降最大不超过3.5%;基岩材料变化对结构地震反应的影响大于混凝土桥基材料的变化对结构地震反应的影响;在地震响应下,最危险截面下弦杆是拱脚截面,上弦杆是离拱脚3/8跨径处截面,桥面系是跨中截面.     

天津软土地区地铁车站结构的三维地震响应

采用黏弹性边界,建立土-结构相互作用的三维动力模型,对软土地区的天津地铁5号线月牙河路站进行三维数值模拟,重点分析了在天津波输入下,地铁车站中柱关键部位的应力、加速度和下层中柱的水平相对位移时程响应．研究结果表明：地铁车站中柱与顶板、底板和中板的连接处为应力集中的薄弱部位,下层中柱的水平相对位移和水平方向加速度反应主要由水平地震作用控制．     

隧道地震响应振动台实验及动力时程分析

本文主要通过数值模拟和大型振动台模型试验对浅埋隧道在不同围岩类型条件下的地震响应特性进行了研究.结果表明:隧道围岩类型对隧道地震响应特性有明显的影响,围岩越好,其抗震性越好;围岩加速度随着高程的增加有明显的放大效应,围岩越差,加速度放大效应越明显;共轭45°方向为较大内力值分布,而隧道拱顶、拱底和边墙内力值却相对较小,内力量值与隧道围岩类型呈反向变化;振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性.以上成果对于合理认识浅埋隧道的地震响应特征具有重要意义,可为类似工程提供借鉴.     

地震动时频分析在隧道动力响应分析中的应用

为了了解影响隧道动态内力峰值出现位置的相关因素.利用希尔伯特—黄变换,对E1 Centro等4条天然地震波和某隧道人工波(简称LBG地震波)进行了时频分析,结果表明:1)地震波各频段内所含能量的大小是影响隧道动态响应的主要因素;2)地震波中所包含的瞬时能量和总能量在时域上的分布决定了隧道内力及塑性应变最大峰值的出现时间;3)隧道内力峰值及最大塑性应变出现的位置与隧道断面形状及周围介质对衬砌的约束状态有关,与地震波的类型无关.     

核电站工业水池的地震反应分析

目的 探索核电站工业水池作为抗震物项进行动力计算时的内力分布规律及其危险工况,为工业水池合理截面设计及配筋方案提供技术支持.方法 基于大型有限元商业软件开发了工业水池构筑物进行地震反应分析的编码程序,该程序考虑了土-结构动力相互作用,并以黏弹性边界模拟无限地基的影响.结果 依据材料力学平截面假定实现了ANSYS三维实体单元应力到内力转化,得到了各种荷载工况作用下工业水池后墙弯矩最大值为101.8 kN·m,相对于反应位移法的计算结果小17％,并通过统计最大内力包络确定了工业水池的危险工况为空水状态与SL2地震波共同作用.结论 笔者确定出危险工况下最不利内力的方法比较准确且简单明了,易于工程设计应用.     

考虑液固耦合水池地震反应分析方法及其应用

本文以钢筋混凝土水池为研究对象,采用势流体理论,建立液固耦合分析模型,给出相应的地震反应分析方法.采用上述分析方法对水池结构进行简化,改变水池的各设计参数对水池结构液固体系进行地震反应分析,研究给出考虑液固耦合作用对水池抗震性能的主要影响因素,并总结液体-固体耦合相互作用的规律,为这类钢筋混凝土水池的抗震设计、抗震规范制定和抗震安全性评定提供理论基础和依据.     

隧道开挖过程中复杂裂隙围岩的固流耦合分析

隧道通过裂隙岩体的含水区段时,人为扰动了裂隙岩体、地下水等构成的复杂地质系统,是造成各种涌水、突水、突泥事故的重要原因。为了研究复杂地质条件下隧道开挖过程中岩体变形、流体运移相互作用过程,探讨其对隧道涌、突水的影响,在上述复杂过程进行理论分析的基础上,根据深埋隧道围岩裂隙发育规模与工程尺度的关系,建立可以同时考虑不同级别裂隙网络的复杂裂隙岩体水力学模型,采用有限元法对复杂裂隙岩体中开挖隧道的固流耦合过程进行了数值模拟,模拟结果体现了主干裂隙在渗流中的强导水作用和网络状裂隙的贮水功能与渗流滞后效应,开挖过程中复杂裂隙岩体渗流场与应力场的耦合作用显著的增加了隧道围岩屈服区。     

各向异性黏弹性隧道开挖位移时变解析解

针对各向异性初始应力状态(侧压力系数K0不等于1)的岩体隧道开挖问题,假定开挖岩体为Max-well黏弹性模型,从各向异性条件下围岩位移解答出发,通过对应性原理求解圆形隧道施工开挖过程中的围岩位移时变解,探讨各因素对围岩位移的影响.结果表明:对于隧道顶点,当各向异性参数(侧压力系数)K0＞1时,先是向围岩方向产生位移,...     

竖向地震动对软土地铁隧道地震响应影响分析

为了研究地震动的竖向分量对地下结构的动力响应影响,针对某一软弱土层地铁区间隧道工程,进行非线性地震反应分析.计算模型中引入了土体的非线性本构模型,模拟土在循环荷载作用下的动力特性,隧道衬砌采用混凝土动力损伤塑性模型,模型边界设置为粘弹性人工边界,分别在模型底部施加水平向和双向地震动,进行地震反应分析,得到了地铁隧道的一些地震反应规律.结果表明;地震波的竖向分量对隧道顶底部的水平相对位移、隧道结构的动应力和隧道底部的竖向加速度均有较大的影响.因此,在工程设计中竖向地震动的影响不容忽视.     

近断层速度脉冲对隧洞工程动力响应的影响规律

基于近断层速度脉冲与相位差谱的统计规律,提出一种脉冲型地震动人工合成方法,该方法能够确保合成地震波时域与频域的非平稳性。在此基础上,依托巴基斯坦N-J水电站,采用数值仿真方法研究方向性效应速度脉冲对引水隧洞的影响。结果表明:低频速度脉冲更接近围岩的自振频率,能够显著提高衬砌的内力,具有较强的破坏性。在近断层隧洞等地下工程的抗震设计中需要考虑断层的速度脉冲分量。     

土与结构相互作用体系演变随机激励响应分析

应用Priestley提出的随机演变谱理论,考虑地震动强度和频率的非平稳特性,根据规范(GBJ50011 2001)场地划分标准以及线性时不变体系对随机激励的传递关系,分析土与结构相互作用体系在非平稳随机地震激励下的响应.调制函数是时间和频率的函数.通过算例分析表明:对于相互作用体系应该考虑地震动强度和频率的非平稳特性.     

Influence of seismic input on response of Baihetan arch dam

The dynamic responses of the arch dam including dam-foundation-storage capacity of water system, using two different earthquake input models, i.e. viscous-spring artificial boundary （AB） condition and massless foundation （MF）, were studied and analyzed for the 269 m high Baihetan arch dam under construction in China. By using different input models, the stress and opening of contraction joints （OCJs） of arch dam under strong shock were taken into consideration. The results show that the earthquake input models have slight influence on the responses including earthquake stresses and openings of contraction joints in different extents.     

框架复合隔震结构地震响应分析

以某六层框架复合隔震结构为例,运用有限元分析程序,对一般抗震结构、纯夹层橡胶隔震结构和复合隔震结构三种方案进行了地震作用下的动力响应分析,从分析结果得出纯橡胶隔震结构和复合隔震结构有明显的隔震、减震效果。复合隔震结构从结构的造价和抗震安全度更能体现其优越性,这对复合隔震结构的设计和分析有一定的意义。     

地下结构弯曲随机地震响应和极值分析

地下结构工程的特点 ,决定了其在地震作用下动力反应分析复杂且涉及多方面。应用弹性地基梁理论 ,将地震运动作为随机过程 ,并考虑其空间变异性 ,研究了细长型地下结构的平稳和非平稳地震反应 ,并就一个简单算例作了数值分析 ,得出了抗震设计计算中将动力计算简化为拟静力计算的结论     

公路减隔震桥梁的地震反应简化分析

采用单自由度反应谱方法对满足一定条件的减隔震桥梁进行地震反应分析可以简化计算过程,但需要解决精度问题。针对规范反应谱阻尼修正方法对计算精度的影响进行了分析并提出了改进方法。为了验证改进方法的合理性,对一座常规减隔震桥梁分别采用不同计算方法进行了比较分析,结果表明采用改进的阻尼修正公式后,简化反应谱方法的计算精度得到很大提高,且结果偏于安全。     

地基与重力式桥墩相互作用的非线性地震反应

针对在强烈地震作用下软弱地基上的桥墩有可能会发生桥墩基础提离现象的问题，分析了非线性地基土与非线性重力式桥墩相互作用体系下的地震反应，上部结构恢复力模式取为理想弹塑性模型，下部地基土采用有试验支持的无拉力Winkler弹塑性固结模型。并对一重力式桥墩进行了计算分析，分析结果表明，对于浅基的重力式矮墩，地基的破坏往往先于桥墩的破坏，在进行桥梁抗震设计时，考虑土与桥墩的共同作是必要的。     

地基与重力式桥墩相互作用的非线性地震反应

针对在强烈地震作用下软弱地基上的桥墩有可能会发生桥墩基础提离现象的问题,分析了非线性地基土与非线性重力式桥墩相互作用体系下的地震反应,上部结构恢复力模式取为理想弹塑性模型,下部地基土采用有试验支持的无拉力Winkler弹塑性固结模型。并对一重力式桥墩进行了计算分析,分析结果表明,对于浅基的重力式矮墩,地基的破坏往往先于桥墩的破坏,在进行桥梁抗震设计时,考虑土与桥墩的共同作是必要的。