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复合被动控制下大底盘双塔楼结构概率地震损伤研究

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复合被动控制下大底盘双塔楼结构概率地震损伤研究

作者：谭金宝宁夏大学

学位级别：硕士

近几十年来国内外发生的强震造成了大量的房屋倒塌和人员伤亡,提高结构的抗震性能仍是工程界关注的焦点。作为新型结构体系的典型代表,大底盘双塔楼结构因体型的不规则性导致其在地震作用下具有复杂的力学性能。作为提升工程韧性抗震能... 详细信息

近几十年来国内外发生的强震造成了大量的房屋倒塌和人员伤亡,提高结构的抗震性能仍是工程界关注的焦点。作为新型结构体系的典型代表,大底盘双塔楼结构因体型的不规则性导致其在地震作用下具有复杂的力学性能。作为提升工程韧性抗震能力的重要一环,大底盘双塔楼结构需满足“韧性城乡”建设的要求。因此,研究大底盘塔楼结构在未来可能遭遇到的罕遇及极罕遇地震动作用下的抗震性能及损伤模式尤为重要。结构地震易损性作为工程结构震前预测、震后损伤评估的重要手段,是结构基于性能的抗震设计中的重要一环。本文针对大底盘双塔楼结构,基于ABAQUS分析平台,建立了复合被动控制方案和层间隔震方案大底盘双塔楼结构有限元模型,首先验证了等效单自由度层剪切模型最优控制参数的合理性和适用性,然后分别对其进行基于增量动力分析方法的地震易损性分析,从而获得结构在不同性能水准下的超越概率,从概率的角度对两种控制方案下的大底盘双塔楼结构的抗震性能做了比较,给出不同控制方案下大底盘双塔楼结构的破坏规律和损伤模式。研究表明:相比较于层间隔震方案,复合被动控制方案对于大底盘双塔楼结构的控制效果更优,结构整体的抗震性能得到进一步提高。复合被动控制方案为大底盘多塔楼此类结构韧性抗震能力的提升提供了一种新的选择。本文就大底盘双塔楼结构的地震易损性,进行了如下工作:（1）简要介绍了课题的研究背景及研究意义;对大底盘双塔楼结构、复合被动控制、增量动力分析（IDA）、地震易损性分析在国内外的研究现状和发展动态进行了综述;提出了本文的主要研究内容。（2）简要介绍了 ABAQUS常用单元类型的划分与选择,梁、柱均采用考虑横向剪切的Beam单元模拟;楼板和剪力墙均采用Shell（壳）单元模拟;详细介绍了 ABAQUS常用的几种材料本构模型及其适用性;依据我国设计规范,基于ABAQUS和ETABS有限元分析平台分别建立大底盘双塔楼结构模型并进行模态分析,通过对比两种不同有限元软件所得到的结构前10阶自振周期,验证了本文所建立的有限元模型的有效性和合理性。（3）根据大底盘双塔楼结构等效单自由度层剪切模型给出了耗能阻尼器的最优控制参数,并基于ABAQUS有限元分析软件验证了耗能阻尼器最优控制参数在不同结构算例的合理性和适用性。最后通过比较不同阻尼器数量及布置位置,给出了复合被动控制下大底盘双塔楼结构耗能阻尼器最优控制效果的一般规律。（4）简要阐述了增量动力分析方法的基本原理,介绍了地震动记录选取、地震动强度指标和结构损伤参数选择等关键问题;依据我国《建筑隔震设计标准》定义了复合被动控制下大底盘双塔楼结构的损伤极限状态;以峰值地面加速度为地震动强度指标,最大层间位移角θmax和隔震支座最大水平位移μmax作为结构上部塔楼、下部裙楼和隔震支座的工程需求参数,依据所选取的11条地震动记录对算例结构进行增量动力分析,并绘制IDA曲线及16%、50%、84%分位数曲线;基于IDA结果对结构进行地震易损性分析,分别绘制层间隔震方案大底盘双塔楼结构和复合被动控制方案大底盘双塔楼结构的地震易损性曲线;对比分析了两种控制方案下结构在不同强度地震作用下的抗震性能,给出两种控制方案下大底盘双塔楼结构的破坏模式和损伤规律。

关键词：大底盘双塔楼结构复合被动控制最优控制参数增量动力分析地震易损性

考虑SSI效应的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

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地震工程学报 2023年第3期45卷 651-660页

作者：张尚荣邓海瑞胡宇琛谭金宝刘欣雨宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021

基于水平摇摆阻尼系统模型,建立土-层间隔震结构简化分析模型,将地基土等效到上部结构,推导得到简化模型动力特性参数表达式,并通过对结构周期比及振型参与位移进行分析,讨论质量比及土体剪切波速对层间隔震结构自振特性的影响规律。利... 详细信息

基于水平摇摆阻尼系统模型,建立土-层间隔震结构简化分析模型,将地基土等效到上部结构,推导得到简化模型动力特性参数表达式,并通过对结构周期比及振型参与位移进行分析,讨论质量比及土体剪切波速对层间隔震结构自振特性的影响规律。利用虚拟激励法及均匀调制非平稳随机响应分析方法,分别从时域和频域角度分析不同场地条件下SSI效应对层间隔震结构的振动响应影响。结果表明:在刚性地基下,结构质量比对结构周期比及振型参与位移的影响较小,SSI效应放大了各子结构响应,尤其对下部子结构响应影响最大,各子结构在场地土差异下变化明显,软土场地下各子结构响应变大。

关键词：层间隔震结构土-结构相互作用自振特性随机响应

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基于Maxwell模型的大底盘双塔楼复合被动控制

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工业建筑 2022年第8期52卷 119-126页

作者：张尚荣刘欣雨李仕浩谭金宝吕欢宁夏大学土木与水利工程学院银川750021

将层间隔震与塔楼减震的复合被动控制方案用于大底盘双塔楼结构,以结构振动总能量最小为优化控制目标,推导结构的随机响应表达式,基于Kanai-Tajimi谱随机地震动模型,在等效单自由度简化模型中分析得到最优控制参数以及连接控制参数对控... 详细信息

将层间隔震与塔楼减震的复合被动控制方案用于大底盘双塔楼结构,以结构振动总能量最小为优化控制目标,推导结构的随机响应表达式,基于Kanai-Tajimi谱随机地震动模型,在等效单自由度简化模型中分析得到最优控制参数以及连接控制参数对控制效果的影响规律,将此参数用于大底盘双塔楼多自由度结构,分别从时域和频域角度对结构响应的控制效果进行分析,通过对比分析抗震方案、隔震方案以及隔减震复合被动控制方案对结构响应的控制情况,验证复合被动控制方案用于大底盘双塔楼结构的合理性和有效性。结果表明:隔震方案与隔减震复合被动控制方案对大底盘双塔结构的能量及位移响应都能起到良好的控制效果,且复合被动控制方案的控制效果更好。

关键词：大底盘双塔楼 Maxwell模型复合被动控制地震激励

高位定向长钻孔水力输送对接筛管护孔技术研究

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 255-264页

作者：张金宝中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提,而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用,开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术,配套... 详细信息

保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提,而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用,开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术,配套研制了ø95 mm筛管悬挂装置、ø95 mm玻璃钢筛管、ø100 mm封堵短节、ø140 mm钻头通水堵头以及ø95 mm分组筛管对接装置,并在皖北矿区两个煤矿的不同工作面顶板高位钻孔进行了水力输送分组筛管完孔现场试验。试验结果表明:玻璃钢筛管质量轻推送阻力小,可在倾角17°~26°的钻孔内人工连接长100 mø95 mm玻璃钢分组筛管,分组筛管输送过程中水压为1.0~1.5 MPa,输送到位时水压降为0.5 MPa以下,在泵量200~390 L/min下,分组筛管水力平均输送速度可达150~260 m/min,试验期间分组筛管输送到位时泵压变化明显,前后两组筛管对接可靠,可有效实现到位报信,成功实现ø153 mm高位定向钻孔内ø95 mm筛管的全孔段护孔,2个钻孔的筛管水力输送试验深度分别达到501、522 m,工作面回采120 d累计抽采瓦斯纯量分别为139945、176139 m^(3)。钻孔内水力输送对接筛管护孔技术为高位定向长钻孔全孔段大直径筛管护孔提供了可实现的技术解决方案,有助于保障高位定向长钻孔的瓦斯抽采效果,为煤矿井下“以孔代巷”的瓦斯治理模式革新提供技术支撑。

关键词：高位定向钻孔筛管护孔水力输送以孔代巷瓦斯抽采

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洪水作用下高速铁路桥梁动力响应研究

铁道标准设计 2024年第8期68卷 99-107页

作者：郭敏殷鹏程勾红叶谭庄梁金宝西南交通大学土木工程学院成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

为研究洪水作用对高速铁路桥梁结构动力响应的影响,以两跨不等墩高32 m高速铁路简支梁桥为研究对象,建立洪水作用下桥梁下部结构三维水动力分析模型和桥梁有限元模型,获得桥梁下部结构周围流场分布规律与流水压力荷载,探讨了洪水流速、... 详细信息

为研究洪水作用对高速铁路桥梁结构动力响应的影响,以两跨不等墩高32 m高速铁路简支梁桥为研究对象,建立洪水作用下桥梁下部结构三维水动力分析模型和桥梁有限元模型,获得桥梁下部结构周围流场分布规律与流水压力荷载,探讨了洪水流速、高度和基础冲刷深度的变化对桥梁动力响应和桩基内力的影响规律。研究表明:(1)不同流速的洪水作用于桥梁下部结构时,周围流场的分布规律总体基本一致;(2)当洪水流速大于3 m/s时,下部结构所受的流水压力对桥梁结构的影响不可忽视,且该压力与洪水作用速度及高度呈正相关;(3)基础冲刷深度对下部结构受到的流水压力影响显著,但当承台裸露后,再增大基础冲刷深度时,流水压力增大不明显;(4)桥梁受到洪水冲击时,桥梁的动力响应随时间变化的总体规律基本一致,其响应具体表现为,墩顶横向加速度在冲击时间1.06 s时达到峰值,墩顶横向位移在冲击时间1.16 s时达到峰值,二者达到峰值后呈周期式迅速衰减,墩顶位移、加速度的峰值和最后稳定值以及桩基弯矩均随着洪水流速、高度的增加而增大;(5)随着基础冲刷深度的增加,桥梁动力响应和桩基弯矩均呈增大趋势,但桩基下部负弯矩区受基础冲刷深度影响更敏感。

关键词：高速铁路铁路桥梁简支梁桥洪水作用动力响应基础冲刷

基于液闪EJ301研制的中子探测器的性能测试

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核技术 2024年第8期47卷 59-66页

作者：张少东金宝亮张小东华北电力大学北京102206 深圳市核与辐射安全重点实验室中国核能与安全高等研究院深圳大学物理与光电工程学院深圳518060

随着核能和核技术的飞速发展,特种殊核材料的应用越来越广泛,为了提高核材料监测能力,基于液闪探测器的核材料无损检测技术得到了广泛的研究。基于液体闪烁体EJ301,自主设计研制了灵敏体积为直径7.62 cm、厚度5.08 cm的液体闪烁体探测器... 详细信息

随着核能和核技术的飞速发展,特种殊核材料的应用越来越广泛,为了提高核材料监测能力,基于液闪探测器的核材料无损检测技术得到了广泛的研究。基于液体闪烁体EJ301,自主设计研制了灵敏体积为直径7.62 cm、厚度5.08 cm的液体闪烁体探测器,并对该液体闪烁体探测器的中子/伽马(n/γ)甄别性能进行了测试。首先,使用22Na和60Co γ源对探测器进行能量刻度;然后,使用252Cf中子源对探测器的n/γ甄别性能进行测试,并基于电荷比较法计算出不同能量阈值下的FOM(Figure of Merit)值,并与Eljen公司的EJ301和Saint-Gobain的BC501A液体闪烁体探测器就n/γ甄别性能进行了比较;最后,使用飞行时间法对液体闪烁体探测器的绝对n/γ甄别性能进行了评价。测试结果表明:自主研发的液体闪烁体探测器的n/γ甄别性能略优于Eljen公司的EJ301和Saint-Gobain的BC501A液体闪烁体探测器;在能量阈值为150 keV时,利用飞行时间法作为n/γ甄别的绝对标准,测试得到自主研发的探测器在使用电荷比较法时的伽马误甄率别仅为万分之一。

关键词：液体闪烁体探测器能量刻度中子/伽马甄别电荷比较法飞行时间法

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城投信仰与城投债的定价

系统管理学报 2024年第2期33卷 460-471页

作者：张金宝北京第二外国语学院经济学院北京100082

探讨了如何估计地方政府融资平台发行的城投债的隐性担保问题。尽管新的《预算法》规定“地方政府不再为任何机构提供担保”,但城投债的市场价格表明,投资者仍然相信地方政府会为城投债提供隐性担保,即存在所谓的“城投信仰”。将城投... 详细信息

探讨了如何估计地方政府融资平台发行的城投债的隐性担保问题。尽管新的《预算法》规定“地方政府不再为任何机构提供担保”,但城投债的市场价格表明,投资者仍然相信地方政府会为城投债提供隐性担保,即存在所谓的“城投信仰”。将城投信仰定义为市场价格中所隐含的“政府为城投债提供担保的概率”,分析了政府提供担保和无担保两种状态下的城投债价格。利用期权定价理论给出了考虑城投信仰的城投债定价公式,并给出利用城投债交易价格数据测算城投信仰的方法和实例。本文的方法基于城投债的产品层面而非行业层面,在城投信仰面临分化的情况下,可更深入地研究政府隐性担保对城投债价格的影响,有助于更理性地看待和评价城投债的隐性担保问题。

关键词：隐性担保城投债城投信仰债券定价

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随机地震激励下相邻隔震结构被动控制研究

自然灾害学报 2021年第1期30卷 70-77页

作者：张尚荣胡宇琛谭金宝刘芳兰谭平宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 广州大学工程抗震研究中心广东广州510405

利用隔震结构和非隔震结构间的相互作用来减小地震作用下的结构响应,考虑地震激励的随机性,基于Clough-Penzien谱模型,推导了相邻结构随机响应的拓展状态方程,采用两种优化控制目标,分析得到了相邻隔震结构体系间连接控制装置的控制参... 详细信息

利用隔震结构和非隔震结构间的相互作用来减小地震作用下的结构响应,考虑地震激励的随机性,基于Clough-Penzien谱模型,推导了相邻结构随机响应的拓展状态方程,采用两种优化控制目标,分析得到了相邻隔震结构体系间连接控制装置的控制参数与结构随机响应的关系及其对控制效果的影响,并分别从地震响应时程和振动累计能量时程角度研究了相应地多自由度相邻隔震结构复合被动控制体系,在不同优化准则及不同控制方案下,结构体系的减震控制效果。研究结果表明,相邻隔震结构复合被动控制体系,可以获得较好的减震控制效果,阻尼系数在减震控制中起主要作用,但存在最优取值,并不是越大越好;采用以左、右子结构振动总能量最小为优化准则,在顶层+中间层安装控制装置的控制方案,可以有效地减小相邻结构的地震响应,得到的控制效果较好。

关键词：相邻隔震结构 Kelvin-Voigt模型被动优化控制平稳随机激励结构随机响应

三维TI和OA介质中优化黏滞纯声波方程及其数值模拟

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2415-2428页

作者：包乾宗谭崔文长安大学地质工程与测绘学院地球物理系西安710054 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028

各向异性和黏滞性在地球介质中广泛存在,会对地震波的运动学和动力学特征产生影响,因此研究地震波在地下空间中传播时应该对其予以充分考虑.现有的各向异性波场外推方法主要采用基于声学近似的伪声波方程,该类方程在非声学假设条件下容... 详细信息

各向异性和黏滞性在地球介质中广泛存在,会对地震波的运动学和动力学特征产生影响,因此研究地震波在地下空间中传播时应该对其予以充分考虑.现有的各向异性波场外推方法主要采用基于声学近似的伪声波方程,该类方程在非声学假设条件下容易出现伪横波污染及传播不稳定.针对此问题,本文应用优化方案对原始的耦合各向异性纯声波频散关系式进行近似展开,进而发展了针对三维TI(横向各向同性)介质和OA(正交各向异性)介质的优化纯声波方程,结合有限差分和泊松算法对其进行了有效求解.同时,考虑到介质对地震波的吸收衰减效应,本文结合发展的纯声波方程和标准线性体模型,推导了黏滞各向异性优化纯声波方程.相速度分析表明优化方案能够产生高精度近似结果.数值模型算例证明优化黏滞纯声波方程在产生精确稳定P波响应的前提下,能够有效模拟各向异性介质中纯声波的振幅衰减和相位频散.整体而言,本文推导的方程能够为各向异性衰减介质成像和反演提供有效帮助.

关键词：各向异性黏滞性波动方程数值模拟