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《国际地震动态》2017,(5)
随着地下结构建设的飞速发展,地下结构工程师不仅面临众多的地下结构静力设计问题,同时也面临着抗震设计问题。目前,利用大型商业软件对地下结构的动力时程分析及模型试验研究已开展较多,但其研究成果还较难应用于实际的地下结构抗震设计之中。同时,我国抗震设计规范还处于研究、发展阶段。因此,建立一套便于工程应用的简化抗震设计方法是十分必要的。本文首先从地下结构拟静力解析解方面着手,采用弹性解析解的方法探讨了自由场变形与地下结构变形之间的相互关系;然后,采用数值模拟的方法,对自由场与地下结构的动力反应特性进行了系统研究,提出了地下结构简化设计方法的基本思路,在此基础上,基于子结构法分别对反应位移法、静力有限元法进行了理论推导及方法改进;最后,介绍了地下结构弹塑性分析方法,并对地下结构拟静力实验进行了数值模拟。本文主要研究工作及研究成果如下:(1)基于解析解的自由场与地下结构变形拟静力关系研究。基于平面弹性复变函数理论分别对圆形地下结构和矩形地下结构进行拟静力解析求解,明确了地下结构拟静力解析求解的基本方法。同时,对Wang、Penzien、Bobet、Park和Huo的方法进行了系统分析,并探讨了接触条件和泊松比对地下结构变形系数的影响。(2)自由场与土-地下结构散射场关系研究。采用数值模拟的方法,研究了在P波和S波作用下,含地下结构散射场及相应的自由场的动力反应,对比分析了地下结构顶板与底板相对位移及自由场相应位置处相对位移最大时刻对应的加速度、应力等动力特征及整个时程的最大值的特征规律。通过这些动力特征分析,找出自由场与土-地下结构散射场二者的动力特性之间的联系,并以此探讨了地下结构简化抗震设计方法的可行性及研究方法。(3)反应位移法理论推导及改进。基于子结构法对反应位移法的原理进行了理论推导,提出了地基弹簧系数的多种求解方法并对地震荷载(剪应力、土层位移差等效荷载以及惯性力)的求解方法进行改进,通过算例对改进的反应位移法与规范中的反应位移法和整体动力时程分析方法进行对比分析,验证了改进反应位移法的实用性。(4)静力有限元法理论推导及改进。基于子结构方法对静力有限元方法进行了理论推导,对现有的静力有限元方法(强制边界位移法、反应加速度法、反应应力法)进行了对比研究,提出了静力有限元计算模型,并验证了该方法的实用性。(5)地下结构弹塑性简化分析方法。采用地基刚度衰减的方法,对规范中反应位移法、改进反应位移法以及静力有限元法在土体弹塑性条件下的计算结果与动力时程方法进行对比,验证了这3种方法在土体弹塑性条件下的计算精度。同时,采用数值模拟的方法,模拟了地下结构拟静力条件下的弹塑性反应。 相似文献
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济南某商业广场超过50000 m^2的基坑采用一种改进的斜支撑支护体系进行支护,与普通斜支撑支护型式不同,该支护体系包括支护桩、斜撑、立柱与支撑桩。本文采用FLAC^3D显式有限差分数值计算分析方法,并结合支护桩水平位移测斜数据,对该支护体系的变形特性进行分析研究,从中论证各支护单元在3个开挖阶段的运动学效应。研究结果表明,该斜支撑支护体系可以把各支护单元以及它们之间的土体充分调动起来,相互之间积极协调,以抵挡基坑开挖带来的土压力,从而减小基坑周围土体位移,保障周围道路、地下设施及周边建筑的正常运行。 相似文献
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多层采空区条件下的高速公路路堑边坡稳定性数值分析 总被引：1，自引：0，他引：1
高速公路建设过程中常穿越各种矿山采空区,采空区对路堑边坡的稳定性产生较大的影响。基于有限差分分析的快速拉格朗算法FLAC^3D程序,由于具有强大的数值模拟分析功能,可以模拟多种结构形式的地质体,因而广泛应用于各种岩土工程问题。本文结合国家某重点交通项目,采用快速拉格朗算法FLAC^3D程序对多层采空区条件下的某路堑边坡稳定性进行了评价,主要包括开挖、注浆和锚固等工况下路堑边坡的应力和位移分析。分析结果表明,采空区经过处理后的路堑边坡是稳定的,FLAC^3D应用于多层采空区条件下的路堑边坡稳定性评价是可行的。 相似文献
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目前对交通荷载对深基坑围护结构的影响研究尚处于起步阶段。本文通过对某深基坑工程交通荷载以及交通荷载作用下深基坑围护结构振动加速度及桩后动土压力的现场实测研究,给出了坑边车辆荷载计算经验公式,并分析了车辆荷载大小、行驶速度等因素对基坑围护结构振动特性及动土压力的影响规律。结果表明:在地表面处,车辆荷载产生的振动以竖直向为主;车辆荷载的大小将直接影响围护结构振动加速度幅值及动土压力大小;车辆行驶速度不同,车辆振动产生的峰值加速度和土体惯性力也不同,从而使得基坑围护结构桩后动土压力也不同,车辆行驶速度越大,基坑围护结构振动峰值加速度及动土压力也越大;车辆交通荷载对基坑围护结构的影响将随着距离的增加而衰减。研究所得结果可供相关基坑工程设计施工参考。 相似文献
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《地震工程学报》2017,(Z1)
以某城市轨道交通大型地下空间结构工程为背景,研究和分析大型地下空间结构在设防地震和罕遇地震作用下的结构抗震性能。利用MIDAS/GTS大型有限元程序建立三维动力模型,采用时程分析法,获得了结构的变形和内力响应,分析了结构的层间位移差、层间位移角和结构静动力力学特性。基于场地条件下的大型地下空间结构,在设防地震下顶底板处层间位移差最大值为12.00mm,位移角最大值为1/20831/550;在罕遇地震下顶底板处层间位移差最大值为21.82mm,位移角最大值为1/11451/250,总体上满足结构变形要求。研究结果表明:对于大型地下空间结构,在进行结构设计时,除了静力计算工况,应综合考虑抗震工况,开展三维动力时程分析,以便全面掌握其抗震性能;在地震作用下,结构顶板、侧墙和底板等某些部位的内力值较静力计算工况大;大型地下空间主体结构开口处为薄弱环节,应在设计中进行相关加固措施考虑。 相似文献
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当前利用改进动力Winkler模型分析基坑桩地震冲击下的受力情况,不能预防应力波的反射作用,导致其分析结果具有不全面、准确性低的缺点。本论述提出有限元数值模拟的基坑桩地震冲击下的受力分析模型,通过基坑桩小应变模型描述不同应力状态下基坑桩模量的变化,采用有限元数值模拟方法结合基坑桩小应变模型对基坑桩有限元模型进行塑造。在约束基坑桩有限元模型边界条件时,模型选择黏性阻尼器的吸收边界,使模型边界上的应力波不会遭到折射,避免运算结果出现误差。利用Newmark方法对基坑桩有限元模型进行动力时程分析,实现基坑桩在不同应力状态下的受力分析。实验结果证明:所提模型能够有效、准确的对地震冲击下的基坑应力分布、基坑桩身弯曲度、变形位移以及桩体水平位移差值对比等进行全面的分析。 相似文献
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本文采用基于FLAC^3D软件的数值模拟方法,对粤赣高速公路K3边坡工程锚杆的应力应变状态进行数值模拟,分析了全长粘结式锚杆的荷载传递机理;根据运用基于自发布里渊背向散射原理（BOTDR）的分布式光纤应变传感技术对锚杆的轴向应变进行的监测数据,分析了工程锚杆的变形特征。数值模拟与实测数据的对比分析表明,模拟曲线与监测曲线反映的工程锚杆的变形特征具有较高的一致性,验证了应用FLAC^3D有限差分软件模拟锚杆。框架体系应力应变特征的合理性,以及基于BOTDR的锚杆应变分布监测的可行性。 相似文献
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地铁地下结构在轴向传播剪切波作用下反应的简化计算方法 总被引：4，自引：0，他引：4
求解地铁地下结构的隧道-土体系统在沿轴向传播的剪切波作用下的反应一般使用常规的拟静力方法,该方法只能简单考虑系统的静力刚度特性而忽略了波的传播对于土体刚度的影响。通过动力有限元分析发现,此方法在某些情况下可能引起很大的误差。在研究了隧道-土体系统的动力相互作用机理的基础上,本文提出了一种对于此类动力反应问题的简化计算方法和相应的经验公式。本方法能够全面考虑隧道-土体系统的运动相互作用和惯性相互作用,通过与动力反应分析结果的对比发现,它具有令人满意的精度;由于采用了与传统拟静力方法相似的简单形式,这种方法容易在设计实践中得到应用。 相似文献
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针对超深地下连续墙顶拔锁口管或接头箱困难的技术难点,结合上海世博500 kV地下变电站基坑工程介绍工字形型钢接头在超深地下连续墙工程中的应用。详细介绍了该接头型式的特点、设计、构造与施工要点,并针对圆形基坑超深地下连续墙的受力特点,采用三维有限元模型分析该接头型式在不均匀荷载作用下的复杂受力状态与变形。 相似文献
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为减少直接分析三维大尺度复杂土-结构动力相互作用问题的计算量,提高计算效率,本文直接从波动方程出发,提出了较常规子结构法更简单的两步简化计算过程,即第一步简化上部复杂结构体系为集中质量杆系模型,并求基础处等效输入,第二步通过等效输入求上部结构各位置的动力反应.其中第一步计算主要采用集中质量显式有限单元法结合局部透射人工... 相似文献
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将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型：在地应力平衡的静力状态下,采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下,采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,并将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同土体材料、结构特性以及土-结构接触摩擦对结构地震响应的影响,得出如下结论：（1）地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时,引起结构上的变形最大;（2）综合管廊结构管廊壁厚越薄,埋深越深,结构尺寸越大,结构刚度越小,结构变形越大;（3）不考虑土-结构接触面的状态非线性将会增大结构变形。 相似文献
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地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究 总被引：4，自引：1，他引：3
根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。 相似文献
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传统低层建筑砌体结构动力特性分析中,易受到外界环境的干扰,砌体结构的完整性欠缺,导致动力特性分析的准确度较低。为提高低层建筑砌体结构的抗震性能,提出地震作用下低层建筑砌体结构的动力特性分析方法。首先利用低层建筑砌体结构反应自功率谱,完成砌体结构的自振频率辨认;然后通过941B型超低频率测振仪测试自振频率,筛出振动波形中噪声干扰的区域,获取时域波形和频域波形;最后依据时域波形和频域波形塑造低层建筑砌体三维精细化模型,在该模型基础上,通过子空间迭代算法获取低层建筑砌体结构的模拟结果,分析地震作用下芯柱、圈梁等构造措施对建筑砌体结构动力特征的影响,完成砌体结构的动力特性分析。实验结果表明,利用所提方法对地震作用下低层建筑砌体结构的动力特性进行分析,得到的分析结果准确度较高。 相似文献
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A simplified method of 3-D dynamic analysis, named 3-D quasi-dynamic analysis, is presented. This method has been primarily used to evaluate stress states at identified times of peak dynamic responses of structures with flexible diaphragms. The quasi-dynamic analysis consists of extracting the accelerations predicted by the time-step integration analyses of two 2-D discrete MDOF dynamic models of a given structure (each discrete model corresponding to one of the principal orthogonal directions of the structure) at given times of interest. These accelerations are imposed on a 3-D representation of the structure (for example, a finite element mesh) as equivalent static forces. Accelerations at the diaphragms are assumed to act over the same tributary areas of the diaphragms considered in the 2-D discrete dynamic models. The study of the firehouse of Gilroy (an unreinforced masonry structure with flexible diaphragms) during the Loma Prieta Earthquake is presented to illustrate the 3-D quasi-dynamic seismic analysis. This method was compared to the more traditional 3-D modal time-step integration and 3-D response spectra analyses. The quasi-dynamic analysis had a general good agreement with the more formal, complex and computationally extensive modal time-step integration analysis. The 3-D response spectra analysis was very conservative and had a poor correlation with both the quasi-dynamic and the modal time-step integration analyses. The case study of the firehouse of Gilroy suggested that if 3-D effects have to be considered in the evaluation of a given structure, the quasi-dynamic analysis constitutes a reliable and computationally cheaper alternative to the more traditional methods of 3-D dynamic analysis. 相似文献
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广州花园酒店原结构及改造后结构均不满足我国现行规范的抗震构造要求。本文依据基于性能的抗震设计思想,提出结构宏观上的层间位移角目标和微观上的结构构件变形及损伤目标,采用PKPM系列2005年版SATWE和ETABS 9.0中文版进行结构弹性分析,采用PKPM系列EPDA和美国Buffalo大学的IDARC 2D 6.0进行弹塑性静力推覆分析和弹塑性动力时程分析,并采用TNO公司的DIANA8.0进行单榀剪力墙的极限承载力分析,研究结构是否满足设定的整体及结构构件性能目标要求,确保改造后的结构达到"小震不坏、中震可修、大震不倒"的要求。 相似文献
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A one‐dimensional model is proposed for the static and dynamic analysis of tubular steel bridge piers subjected to strong ground motions. The present formulation does not require experimental results nor shell analysis to obtain the constitutive equation of the model, which shows strength deterioration. The material properties and dimensions of bridge piers are required for static and dynamic analysis of the present model. The present analysis consists of two steps. The first step is to obtain the stress and strain relationship of the base plastic‐hinge region, where local inelastic buckling is observed. The modified Shanley's model and fiber elements are used to establish the compressive skeleton curve. The strength deterioration is taken into account in the resulting constitutive model. The second step is to analyze static and dynamic responses of tubular steel bridge piers. For overall analysis, the base plastic‐hinge region is discretized in the circumferential direction by using fiber elements whose constitutive equation was obtained in the first step. The validity of the present model has been confirmed through comparisons with existing experimental results. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Study of pore pressure variation during liquefaction using two constitutive models for sand 总被引：1，自引：0，他引：1
Numerical analyses of liquefiable sand are presented in this paper. Liquefaction phenomenon is an undrained response of saturated sandy soils when they are subjected to static or dynamic loads. A fully coupled dynamic computer code is developed to predict the liquefaction potential of a saturated sandy layer. Coupled dynamic field equations of extended Biot's theory with u–P formulation are used to determine the responses of pore fluid and soil skeleton. Generalized Newmark method is employed for integration in time. The soil behavior is modelled by two constitutive models; a critical state two-surface plasticity model, and a densification model. A class ‘B’ analysis of a centrifuge experiment is performed to simulate the dynamic response of level ground sites. The results of the numerical analyses demonstrate the capability of the critical sate two-surface plasticity model in producing pore pressures that are consistent with observations of the behavior of liquefiable sand in the centrifuge test. 相似文献
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基于纤维模型和动力相似理论,利用ETABS和PERFORM-3D分析软件对一缩尺比例为1/8的平面三层型钢混凝土框架结构进行了整体结构弹性、弹塑性分析和推覆分析。将所得动力响应值与振动台试验实测结果进行对比,验证了8度小震、中震、大震作用下结构的抗震能力,研究结果表明型钢混凝土结构具有较大的水平抗侧刚度及弹塑性分析软件PERFORM-3D适用于模拟振动台结构模型的抗震性能分析。 相似文献