摘要:以邻近7层建筑的郑州某地铁线路为工程背景,采用有限元软件ABAQUS建立车辆-轨道-隧道-土体-建筑的三维数值模型,通过对比分析数值模拟和现场实测的振动数据,验证数值模型的准确性和假定条件设立的合理性。研究针对传统空沟和混凝土连续墙,分析屏障厚度和深度对隔振效果的影响,并结合两者的隔振优势,提出混凝土空心墙和刚柔结合混凝土墙两种新型屏障,对四类屏障的隔振性能进行对比分析。结果表明:四类屏障的隔振效果均随深度增大而提高,且受屏障厚度的影响不明显;考虑工程造价和隔振效果,四类屏障深度可取至隧道底埋深;混凝土空心墙隔振效果比混凝土地连续墙提高0.8 dB,增幅较小;刚柔结合混凝土墙隔振效果比混凝土地连续墙提高2.7 dB,增幅较大,整体隔振效果与空沟接近;综合考虑地铁隧道埋深、空沟维护成本和耐久性、四类屏障的隔振效果及影响因素,建议采用刚柔结合混凝土墙对邻近地铁线路的建筑进行隔振防护。研究成果可为国内地铁的振动评价和隔振减振设计提供依据。

摘要:为研究X型焊接栓钉型钢混凝土(SSRC)柱在复合受扭作用下的滞回性能,对11根X型SSRC试件和1根交错型SSRC对比试件进行拟静力加载试验。以扭弯比、轴压比、截面配钢率、纵筋配筋率、箍筋配筋率及栓钉间距为主要变化参数,基于试验数据对比分析各试件的破坏模式、滞回曲线以及延性、耗能能力和刚度等抗震性能指标。试验结果表明:在复合受扭作用下,SSRC柱裂缝形态以螺旋式上升发展为主,最终破坏形态主要取决于配箍率,可分为弯扭破坏及扭转破坏两类;扭矩-扭转角滞回曲线呈捏拢的反“S”形,弯矩-位移滞回曲线则呈现较为饱满的梭形。轴压比和扭弯比对试件抗震性能的影响最为显著。随着截面配钢率、纵筋配筋率和箍筋配筋率的提高,试件的延性性能与耗能能力等抗震指标均有不同程度提升;X型栓钉布置试件的综合抗震性能优于交错型布置试件;合理的栓钉间距有利于提升构件抗震性能,而过疏或过密的栓钉间距则会产生不利影响。

摘要:为保证塑性损伤集中于消能段的同时,实现消能段与非消能段弦杆采用相同截面的设计,文章提出高强钢组合延性桁框结构(HSS-PSTMF),并给出结构关键设计参数的建议取值范围,为该结构的工程应用提供参考。利用ABAQUS有限元软件建立不同钢材组合、消能段节间跨高比和释放焊缝约束比例的35榀HSS-PSTMF计算模型,对比分析各参数对结构承载力、屈服模式、位移延性和耗能能力的影响。依据分析结果,建议HSS-PSTMF设计时非消能段首选Q460钢材,消能段首先采用Q235钢材;消能段节间跨高比在0.67~2.33区间取值;消能段长度与桁架梁跨度比值L_s/L在0.28~0.33区间取值;消能段弦杆两端节点板区域设置0.6d~0.8d(d为弦杆高度)无焊接区域。

摘要:韧性结构不仅能抵抗高烈度地震作用,而且在震后只需更换损伤构件即可快速恢复功能,近年来受到广泛关注。文章提出一种配置V形钢可更换耗能构件的狗骨式翼缘削弱梁柱节点,并介绍其构造形式及设计理念。利用ABAQUS有限元软件,分析该节点的破坏模式、应力与应变分布,揭示其破坏机理、传力路径及耗能机制;在此基础上,研究V形钢连接件和狗骨式削弱连接件的关键设计参数(包括厚度、材料强度以及削弱连接件的削弱宽度)对节点抗震性能的影响。研究结果表明:在传统狗骨式可更换节点的基础上配置V形钢可更换耗能构件,能显著提高节点的耗能能力和延性性能,其等效黏滞阻尼系数在0.257~0.331之间;V形钢连接件在受力过程中发生明显塑性变形,实现了损伤可控及震后可更换的抗震设计目标;狗骨式削弱连接件与V形钢连接件宜采用LY160或Q235钢；狗骨式削弱连接件厚度宜取梁翼缘厚度的0.9~1.5倍,削弱宽度宜取25~30 mm,而V形钢连接件厚度宜取梁翼缘厚度的0.3~0.6倍。

摘要:建于20世纪50年代的钢筋混凝土排架结构工业厂房在我国仍大量存在,其中部分至今仍承担重要的生产任务。这些厂房原设计抗震设防标准低、使用年限长、韧性提升难度大。为探索既有钢筋混凝土排架结构工业厂房在地震作用下的韧性提升方法,选取一栋横向3跨排架结构厂房为研究对象,提出柱间增设防屈曲约束支撑(减震)和柱间减震配合排架柱顶隔震(减隔震一体化)两种韧性提升方法;选取20条地震波,对改造前后的厂房结构进行增量动力分析,通过对比结构的地震易损性,评估两种方法的韧性提升效果。结果表明:减震与减隔震一体化方法均可有效提升工业厂房的抗震韧性;对于下部结构存在损伤的厂房,减震方法的抗震韧性改善效果更为显著;对于屋盖存在明显薄弱区的厂房结构,则宜采用减隔震一体化方法。

摘要:相比于普通钢筋混凝土,在桥墩底部塑性铰区域采用一定高度的钢纤维混凝土(SFRC)可以提高桥墩的抗震性能。为系统研究SFRC桥墩在压弯剪扭耦合作用下的力学性能,设计并制作了三个净高1 200 mm、截面直径300 mm、塑性铰区SFRC高度为300 mm的桥墩试件进行拟静力试验,观察试件的损伤模式和破坏形态。在此基础上,采用ABAQUS软件建立多个数值分析模型,研究扭弯比和SFRC高度对桥墩抗震性能的影响。结果表明:压弯剪扭耦合作用降低了桥墩抗弯和抗扭能力,扭转作用增大会使塑性铰位置上移,试件破坏更加明显;SFRC能有效提高桥墩的位移延性系数,延缓刚度退化,控制混凝土裂缝开裂,提高桥墩地震作用下的损伤容限和抗弯、抗扭承载能力;当SFRC高度为600 mm时,既能提高桥墩的抗震性能,又能够减少施工成本,避免材料浪费。

摘要:文章针对钢筋钢筒混凝土管(由钢筋、钢筒和混凝土组成的复合结构)在市政管网工程中的受力特性展开分析。该管材在运行中需承受土荷载和活荷载等外荷载作用,为探究其在外荷载下的响应,选取工程用管进行三边承载试验,并系统监测钢筋、钢筒和混凝土的应变,同时记录管端位移及管体表面裂缝开展情况。研究发现:(1)钢筒应变与荷载呈正相关,最大应变峰值为1 025 με,位于断面1外侧315°处;管腰处混凝土外侧受拉、内侧受压,峰值应变为2 134 με和-1 610 με,而管顶和管底则相反,峰值应变为-1 834 με和2 313 με。(2)断面1的45°测点处钢筋初始受拉,最大应变为70 με;加载13 min后转为受压,最大应变为-121 με;加载30 min后再次受拉,峰值应变为164 με;断面2内侧225°处因裂缝出现,钢筋应变突增至419 με。(3)当荷载达360 kN时,管体外表面开始出现裂缝,且集中分布于管腰区域;管顶和管底裂缝较少,且出现裂缝所需荷载较高,最靠近管顶的裂缝在630 kN荷载下出现,650 kN后管体表面不再产生新裂缝。

摘要:针对传统摩擦摆(FPS)耗能性能的局限性以及抗拔能力不足的弱点,有效利用摩擦摆在水平向滑动时产生的竖向位移,结合碟簧变形小且承载力大的特点,构造出耗能性能高且具有抗拔能力的碟簧-抗拔摩擦摆隔震支座(DUFPB)。为探究DUFPB模型的力学特性,通过理论分析,推导出DUFPB模型参数的理论公式;为验证DUFPB的理论推导的正确性和准确性,采用ABAQUS建立DUFPB有限元分析模型,将理论与数值模型的滞回曲线进行比较,得出理论模型与数值模型结果基本吻合。为进一步验证DUFPB的耗能性能,采用ABAQUS建立与DUFPB同参数下普通摩擦摆有限元模型进行对比分析,结果表明:DUFPB相比于FPS耗能能力提高了354%,并且缩短水平向的设计位移,验证DUFPB具有高效的耗能能力。根据抗拔板支反力随水平位移的变化关系,得出DUFPB具有可靠的抗拔能力。

摘要:埋地输油气管道作为长距离运输的典型线状工程,沿线滑坡地质灾害对其安全运行构成潜在威胁与实质破坏。以滑坡区及周界处埋地管道的大变形响应为核心,在建立横穿滑坡管道力学模型的基础上,综合考虑滑坡体滑移非均匀性、管道与滑坡周界交角、管端边界条件及管土相互作用非线性等关键因素,提出滑坡边界等效断层模型及管端等效弹簧边界模型,构建横穿滑坡埋地管道的三维非线性有限元模型,并通过案例分析与模型验证确保其准确性。基于此模型开展多工况数值模拟,深入研究横向滑坡区中部埋地钢质管道的破坏模式和滑坡参数敏感性。研究表明,埋地钢管会出现拉伸破坏、屈曲破坏、侧向位移、弯曲变形等失效模式;管道最大应变与滑坡位移量、滑坡倾角呈正相关,但与滑坡宽度变化相关性较弱;滑坡周界滑动方向与管道轴向交角显著影响周界附近管道受力状态,建议优先采用75°交角进行防护设计。研究结果为横向滑坡作用下埋地管道安全评估提供了有限元分析方法,同时深化了对埋地管道破坏模式及大变形影响机理的认识。

摘要:随着我国高速铁路和城市轨道交通建设线路的逐渐增加,高速列车和地铁运行引起的环境振动问题日益严重,已经成为交通领域环境保护的一大难题。因此，为了能够有效地控制交通环境振动问题,基于声子晶体理论提出一种三组元周期减振结构,并对该周期减振结构的减振特性进行分析；另外,为了能够对该三组元周期减振结构进行快速设计以满足不同的减振需求,利用神经网络建立一种新型设计模型；最后,根据高速列车振动的主频范围,利用该新型设计模型成功设计出带隙范围能够覆盖列车振动主频的三组元周期减振结构，并且建立二维有限元模型验证所设计的三组元周期减振结构对列车振动的衰减效果。结果表明:该新型设计模型能够根据振动主频迅速和准确地设计出满足目标要求的三组元周期减振结构;且根据列车振动特点设计出的减振结构能够有效地控制列车振动,振动幅值可以减小75%~85%。

摘要:为满足高速铁路车站地震响应计算的需求,提出理论更合理的基于绝对加速度反应谱的多维抗震计算方法。首先,构建单自由度体系,运用杜哈梅积分进行求导,得到单自由度体系绝对加速度的时程表达式,再采用复数形式的简谐激励,得到绝对加速度的频响函数和傅里叶变换对,利用随机振动原理,求得绝对加速度的相关函数、功率谱和峰值均值;然后,根据单自由度体系绝对加速度的峰值均值与规范提供的绝对加速度反应谱值相等的原则,求得该体系动力特性对应的激励功率谱强度因子,构建多维激励下多自由度体系,提取各阶振型圆频率和振型阻尼比,并确定对应的激励功率谱强度因子;最后,构建多维激励下功率谱矩阵,对该矩阵进行分解并提出虚拟激励形式,按照振型叠加规律和虚拟激励法规律，提出基于绝对加速度反应谱的多维抗震计算方法,并以某高速铁路车站为例,对多种算法的系列节点位移值进行比较。结果表明:所提方法计算得到的轨道层、高架层和屋盖层节点位移值大于常用多维组合法的计算值,但轨道层和高架层节点位移的增幅较小,屋盖层的增幅相对较大;所提方法计算得到的节点位移值介于多条地震波的时程响应最大值之间。比较结果说明提出的多维抗震计算方法是合理的,可为类似结构的抗震计算提供参考。

摘要:基于杠杆原理,提出一种新型水平万向阻尼放大装置(HUDAD),并系统阐述其构造与作用机理。根据机械结构原理,推导出HUDAD的恢复力计算公式,并通过拟静力试验验证其位移放大效果和恢复力模型的准确性;进一步利用ABAQUS软件构建有限元模型,对HUDAD的滞回性能开展系统的参数分析,探究加载频率、位移方向及位移放大系数等参数对装置整体耗能特性的影响。研究结果表明:HUDAD具有显著的位移放大能力和优越的耗能性能,且试验滞回曲线与理论模拟曲线高度吻合;该装置表现出明显的频率相关性,阻尼力随着加载频率升高而增大;通过分析不同加载方向、位移放大系数和阻尼器布置方式下HUDAD的滞回性能,验证其水平多向耗能能力,证实其能够有效提高阻尼器的使用效率。

摘要:针对近断层脉冲型地震动作用下隔震结构的动力响应问题,提出一种简化隔震分析方法。基于有限元软件建立隔震结构的三维模型及其等效模型,采用连续小波变换对脉冲地震动进行筛选与简化,并通过动力时程分析,对比10条脉冲地震动在简化前后对结构响应的影响。研究结果表明:等效模型能准确反映三维模型在地震作用下的隔震层支座位移与应力响应;1阶与10阶脉冲分量的时程特性及其在长周期段的反应谱特征均与原始地震动吻合较好,且时程分析结果在精度和效率上均优于原始地震动分析。说明所提出的基于等效模型与简化速度脉冲的隔震分析方法,适用于近断层工程结构的动力响应评估。

摘要:地震动观测记录是联系地震与工程结构之间的纽带。地震动场精细化模拟与地震危险性评估等领域的研究都依赖于地震动震源特征、地震波在传播路径中的衰减及局部场地效应。文章简要地介绍了广义反演技术的基本理论与发展历史,归纳广义反演技术应用中普遍遇到的问题,比如参考台站的选择等,从震源、路径和场地等三方面系统地总结并对比国内外相关研究成果,结果表明:应力降与地壳环境和震源机制密切相关,品质因子和高频衰减参数均具有强烈的区域性特征,S波和P波的相互转化或未有效分离、沉积盆地的场地效应及复杂地形等均是造成地震动竖向分量表现出放大的原因。最后,简单地分析了震源、路径和场地之间的相互作用及其未来发展方向。

摘要:在多年冻土区,冻土层的存在和状态变化(温度和厚度)会显著影响场地地震动特性。为明确多年冻土场地地震动特性的主要影响因素,首先开展不同冻结状态下自由场地的振动台模型试验,探究在冷季(季节活动层冻结状态)和暖季(季节活动层融化状态)条件下多年冻土场地地面加速度峰值的变化特征;其次建立自由场地的有限差分模型,分析季节和多年冻土层温度、厚度等因素对场地地震动特性的影响。结果表明:在小震作用下,多年冻土层抑制了地面加速度峰值放大系数沿高程方向的增加效应,随着输入地震动强度的增加,这种抑制效应有所降低,而季节冻土层对地震动的抑制效应随着地震动强度的增加有所凸显。另外,在小震作用下,多年冻土层温度的降低对地震动峰值的抑制作用不太显著,多年冻土层厚度的增加使场地土体的最大水平应力有所下降;而在强震作用下,随着多年冻土层温度的降低,多年冻土场地土体的最大水平应力呈线性减小的趋势。此外,由暖季转换为冷季时,季节活动层的冻结会显著降低多年冻土场地地面加速度峰值,而季节冻土层温度的变化对场地地震动特性的影响并不明显。

摘要:区域性黄土地震滑坡识别为滑坡灾害风险管控提供了基础性数据。应用深度学习的方法,基于遥感影像数据对我国黄土地区典型地震滑坡进行自动识别分类。首先,基于防灾科技学院地震滑坡研究团队在甘肃、宁夏地区所调查的部分黄土地震滑坡数据库,辅助遥感影像目视解译,选择滑坡和非滑坡样本;其次,采用GoogLeNet网络模型对黄土地震滑坡与非滑坡进行自动分类识别;最后,对模型的分类识别结果进行精度评价,分析其在黄土地区地震滑坡的识别应用效果。结果表明,该方法识别黄土地震滑坡的准确度和效率均较高,可迅速在遥感影像中确定滑坡的重点区域。所提方法可以迅速评价同类型滑坡区域,为大规模滑坡灾害排查工作提供技术支持。

摘要:五大连池火山区发育有多个与构造活动有关的冷泉。为更准确地监测火山活动,有必要对典型泉水开展水化学特征及其形成机理研究。在五大连池火山区共采集泉水、湖水、井水样品15个,测试其离子组分浓度与氢氧同位素组成,进行水文地球化学分析。结果表明:(1)泉水呈中性至弱酸性,湖水和井水呈弱碱性;阳离子以Na⁺为主,阴离子以HCO^-₃为主,水化学类型主要为HCO^-₃Na型和HCO^-₃Ca·Na型。(2)氢氧同位素组成指示地下水主要来源于大气降水补给。(3)Na-K-Mg三角图显示地下水与岩石间相互作用未达到平衡,反映地下水循环周期较短;Gibbs图表明地下水离子主要受岩石风化作用影响，而风化端元模型分析进一步揭示其化学成分主要受硅酸盐岩风化溶解控制。(4)南饮泉与北饮泉的流体地球化学特征显示其来源与深部环境有关,能够反映火山区地下岩浆活动状态,对其化学成分开展连续监测可为评估五大连池火山喷发风险提供科学依据。

摘要:残余位移的大小反映了隔震层复位能力的强弱,是衡量主体结构建筑功能在震后能否正常使用的重要指标之一。震害调查发现,隔震支座在震后往往存在残余位移,导致隔震层未能完全复位。为揭示隔震层残余位移产生的机理,基于库仑摩擦单自由度体系(SDOF)和隔震层双线性滞回特性，建立自由衰减动力模型,提出最大残余位移的简化计算公式,并通过数值模拟进行验证。结果表明:隔震层残余位移的分布具有高度离散性,但其最大值是确定的;其影响因素包括塑性屈服力Q_d、初始刚度k₀、屈服后刚度k及阻尼比ξ。该简化计算公式在隔震工程设计中具有一定的指导意义，可为评估隔震层复位能力提供理论支撑。