考虑土-高层建筑群动力相互作用的振动台试验研究

为揭示高层建筑群间相邻结构动力相互作用机理和结构行为变化,设计2个土-结构体系对照模型,在场地土条件相同的情况下,一个仅有单独的上部结构、另一个则包含5个上部结构,并分别进行振动台试验,获取上部结构关键部位在地震动激励下的反应.试验结果显示:在地震作用下,高层建筑群内结构存在明显的相互作用,群体建筑的沉降和倾斜较单独建筑增大;相邻建筑的存在会使上部结构频率降低;相邻建筑的相互作用使上部结构加速度反应和位移反应有时增大,有时减小,此变化取决于输入地震波的频谱特性;建筑群内中部建筑的加速度和位移反应强于周围建筑.     

列车荷载作用下地基土刚性对建筑物振动影响分析

建立有限元分析模型,考虑基础结构和土体的动力相互作用,研究不同土体刚性参数对附近建筑物振动影响。通过对软弱土、中软土、中硬土中结构动力响应分析,得出地基土刚性对框架结构动力响应影响规律。     

不同场地类别对基础隔震结构地震反应的影响

土-结构动力相互作用(SSI)会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,不同场地条件下结构的地震反应也不同。基于有限元方法,建立了土-隔震结构动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同场地类别,分析SSI效应影响下的基础隔震结构地震反应规律及隔震效果。研究表明,随着地震动峰值加速度的增大,基础隔震结构层间位移、隔震层位移、基础转动角度及加速度反应呈现增大趋势。随着场地条件变差,隔震结构的地震反应也随之加大,隔震层的隔震效率明显较低,尤其是在Ⅳ类场地条件下影响更为明显。在场地条件差、基岩输入峰值加速度大的情况下,土体SSI效应对隔震结构地震反应的不利影响更为明显。     

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于 Penzien 提出的集中质量法,将上部结构和桩基离散为剪切型质点串,以弹簧和阻尼器模拟周围土体,建立土-桩-结构动力相互作用的分析模型,给出相互作用参数的确定方法,并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性,通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应.运用此模型对某180m 混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析,得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致,但考虑桩-土-上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长,变形增大,剪力和弯矩相应减小.桩-土-上部结构相互作用增加了结构的柔性,改善了结构的抗震性能.     

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于Penzien提出的集中质量法，将上部结构和桩基离散为剪切型质点串，以弹簧和阻尼器模拟周围土体，建立土—桩—结构动力相互作用的分析模型，给出相互作用参数的确定方法，并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性，通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应。运用此模型对某180m混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析，得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致，但考虑桩—土—上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长，变形增大，剪力和弯矩相应减小。桩—土—上部结构相互作用增加了结构的柔性，改善了结构的抗震性能。     

地震作用下土钉支护边坡动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了双向地震激励下土钉支护边坡动力响应。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。给出了地震波和阻尼的选取方法。应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,土钉的地震响应,土压力地震响应。结果表明土钉支护边坡延性大,有很好的抗震性能;地震作用后各层土钉轴力都增大;边坡在地震作用下产生永久位移;地震作用下土压力峰值形状与地震作用前的土压力形状相似。这些结论对土钉支护边坡的抗震设计与动力分析有较高的参考价值。     

土-结构相互作用1∶4钢框架-筏板基础模型激振试验研究

为了了解土与结构的相互作用,在土槽中进行1：4钢框架的激振试验,试验通过改变上部结构刚度,分别输人高斯白噪声测自振周期,EL波和Taft波研究其动力反应及土体对上部结构的减震效果,与有限元软件SAP2000模拟刚性地基上的钢框架做动力反应分析对比,发现自振周期有一定差异,上部结构刚度越大附加周期越大,附加周期最大值达到0．22s。土体对钢框架有一定的减震效果,这种减震效果主要跟上部结构刚度变化有关,由于土一结构相互作用,钢框架在土槽中激振时顶层加速度峰值比在刚性地基上激振时减小,折减系数达0．661,而顶层位移峰值则增大。     

地震作用下河流对成层中软土上建筑物的影响

为了研究河流对成层中软土地基上建筑物地震反应的影响.构建了河流-土体-结构体系动力相互作用的非线性完全有限元计算模型,在考虑土体重力的前提下,分别采用3条地震波对此相互作用体系进行了时域内数值分析.结果表明,建筑物靠近河流时,结构顶层总位移、基础的水平移动和转动明显增大,并产生了明显的不可恢复偏移;软弱夹层的存在使整个相互作用体系的地震反应增大.     

陡坎地形框架结构抗震数值模拟分析

近年来我国汶川、雅安、玉树等地区接连发生高震级的地震,而这些地震区域均有类似的多山地形,浅山地区建筑结构抗震日益引起人们的关注,进而拟对浅山地区中陡坎地形对建筑结构抗震影响进行研究.研究内容主要包括:通过有限元ANSYS数值仿真建模,对一个10层的混凝土框架结构-陡坎地形相互作用进行数值模拟计算.首先进行土-结构相互作用与刚性地基假定情况下动力特性的简单对比分析;然后将陡坎-土-结构相互作用(Hill-Soil-Structure Interaction,简称HSSI)与土-结构相互作用(Soil-Structure-Interaction,简称SSI)进一步的分析对上部结构的动力响应,包括进行结构的模态分析(振型、周期)、时程分析(位移、内力、加速度)等.通过陡坎-土-结构相互作用的研究,模型之间的比对,分析每个因素的影响程度,给出浅山地区陡坎地形建筑结构抗震关键技术措施,为此类结构理论研究提供借鉴.     

考虑桩-土-结构相互作用的输电塔风振响应分析

运用ABAQUS软件分别建立四类场地土体条件下考虑桩-土-结构相互作用(简称PSSI)的整体有限元模型和基础固支的输电塔三维有限元模型,并通过在桩和土体交界面上设置主从接触面来考虑桩-土-结构相互作用效应,然后基于线性滤波法模拟输电塔结构脉动风,进行了输电塔结构模态分析和风振响应分析,最后计算输电塔的风振系数。结果表明:考虑PSSI效应后输电塔自振周期随土体柔度增大而增大,塔身主要节点位移最大增至2.8倍,主要控制点加速度与应力有不同程度的减小,Ⅰ类场地土体条件下风振系数有明显增大。研究认为,考虑PSSI效应可以更准确地分析输电塔的风振响应。     

结构-地下室-桩-土相互作用的地震反应分析

本文分析了地震作用下结构-地下室-桩-土相互作用体系的地震反应。计算时先将体系分为四个区域,即:桩土体系、两侧土区及上部结构,各个区域分别采用用样条有限元法和半解析无限元法进行分析,再按力的平衡与位移协调条件将各个区域联系成一整体。结果表明,考虑上部结构-地下室-桩-土体的动力相互作用后,由于地基的柔性影响,上部结构加速度、层间位移等反应都有了不同程度的降低,这是对结构有利的。     

结构-地下室-桩-土相互作用的地震反应分析

本文分析了地震作用下结构-地下室-桩-土相互作用体系的地震反应.计算时先将体系分为四个区域,即：桩土体系、两侧土区及上部结构,各个区域分别采用用样条有限元法和半解析无限元法进行分析,再按力的平衡与位移协调条件将各个区域联系成一整体.结果表明,考虑上部结构-地下室-桩-土体的动力相互作用后,由于地基的柔性影响,上部结构加速度、层间位移等反应都有了不同程度的降低,这是对结构有利的.     

地震作用下土钉支护高速公路边坡动力参数分析

结合土钉支护高速公路边坡工程实例,在地震作用下采用大型非线性有限元分析软件ADINA对边坡的变形、加速度、土钉轴力及土压力进行了计算和参数分析.考虑土体和支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型.应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.主要研究了地震烈度、土钉长度、土钉间距以及土参数对边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值的地震响应影响.结果表明随着烈度的增大,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值也都增大,其形状相似;随着土钉长度的增加,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值将减小,在土钉支护的范围内边坡位移峰值和加速度峰值影响较大,坡底以下土体位移峰值和加速度峰值影响很小;边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值随着间距的减小而减小;土体参数c,φ增大时,边坡位移峰值和加速度峰值将减小,而土钉轴力最大值和土压力峰值将增大.     

不同场地考虑土-结构相互作用的井塔地震反应

为研究Ⅱ、Ⅲ类场地下土与结构(井塔和井筒)相互作用对井塔抗震分析的影响,采用理论分析和数值分析两种方法,系统研究不考虑土-结构相互作用、Ⅱ类及Ⅲ类场地下考虑土-结构相互作用对井塔地震动力反应的影响,提出并建立体系在时域内的理论运动方程,利用MATLAB语言编制Runge-Kutta法的求解程序,结合有限元软件建立体系的数值分析模型。以某钢筋混凝土剪力墙结构井塔为例,得出Ⅱ、Ⅲ类场地下考虑体系相互作用对井塔地震反应的影响规律。结果表明：建立的理论分析模型与数值分析模型吻合较好,对应理论解与数值解的最大差值为9.8%,验证了彼此的准确性;Ⅱ、Ⅲ类场地下3条地震波地震反应平均放大系数分别为1.8、2.4倍。工程设计中,Ⅱ、Ⅲ类场地下应该考虑土-结构相互作用对井塔抗震分析的影响,并且土体越软,土-结构相互作用对井塔抗震分析的影响越大。     

隧道对临近建筑物的地震反应影响分析

为了研究隧道对成层软土地基上不同基础形式建筑物地震反应的影响,构建了结构-基础-土-隧道体系动力相互作用的非线性完全有限元计算模型,在考虑土体重力的前提下,对筏片基础、桩筏基础相互作用体系进行了时域内数值分析。计算结果表明,当隧道紧靠建筑物时,筏基-结构相互作用体系的基础和结构顶层水平位移均发生了向无隧道一侧的偏移,而桩筏基础-结构相互作用体系的基础和结构顶层水平位移均未发生偏移。隧道在建筑物正下方时框架各对应柱的剪力峰值均最大,隧道紧靠建筑物时次之,隧道距建筑物10 m和无隧道时框架柱剪力几乎相等,并且最小。隧道距建筑物10 m时,其对两种基础形式的建筑物地震反应几乎无影响。     

对土-结构动力相互作用研究若干问题的思考

就目前土-结构动力相互作用研究中几个重要问题的研究现状进行了总结，并提出了需要进一步研究的几个课题和研究方法．这些问题包括：(1)深厚软弱地基上土-高层建筑的动力相互作用；(2)软弱地基土-大型地下结构的动力相互作用；(3)拟建建筑对周围已建建筑物抗震性能的影响；(4)土-结构动力相互作用效应对结构主、被动控制的影响；(5)土-结构动力相互作用涉及的材料和接触面非线性特性；(6)土-结构动力相互作用的试验研究．     

大跨径PC斜拉桥地震响应非线性分析

基于大跨径桥梁地震反应分析方法,建立了斜拉桥动力分析空间有限元模型.考虑了几何非线性对结构动力特性及地震响应的影响,以一座大跨径预应力混凝土斜拉桥为研究对象,采用直接积分法对该桥进行了地震非线性时程分析.根据该桥的方案设计,比较了两种塔梁连接方式下结构的动力特性,分析了桩土作用效应对结构地震响应的影响.计算结果表明:在大跨径斜拉桥抗震设计时,应考虑桩土相互作用的影响;人工拟合地震动和相近场地实测地震动记录的计算结果相差较大,在抗震复核中应取最不利荷载作用.     

饱和土中球形沼气池的动力响应

采用解析方法研究饱和土中球形沼气池的频域响应.将土体视为流固两相介质,饱和土体的动力学行为采用Biot理论模拟,建立具有球形沼气池饱和土体的动力方程.通过引入势函数,得到饱和土体的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式.将模具结构视为均匀弹性介质,根据弹性理论,推导模具结构的位移和应力解.根据土体和模具结构接触面以及模具结构内边界的连续性条件,确定待定系数的具体表达式.与单相土中球形沼气池动力响应的结果、有无模具结构的结果、有限元方法、边界单元法进行对比分析.考察饱和土和模具结构各参数对位移和孔压幅值的影响,结果表明：流体压缩性系数对响应幅值的影响与接触面的孔隙水渗透性有关;边界透水情形下流固耦合系数对系统动力响应的影响远大于不透水情形下的系统动力响应.     

邻近地面建筑一体化地铁车站结构地震响应分析

为了研究邻近地面建筑一体化地铁车站结构地震响应特性,基于ABAQUS软件建立了地铁地下车站-土-邻近地面建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,利用典型的近、远场地震动记录,计算分析了邻近地面建筑一体化地铁车站结构的地震响应规律及空间效应.结果表明,邻近地面建筑一体化结构兼备地铁地下车站结构和地上结构2种结构特性,原有单体结构的动力特性和反应发生了改变;邻近地面建筑一体化结构受地震波频谱特性的影响显著,其中,体系基频附近能量分布相对集中的地震波能够对一体化地铁车站结构的地震响应产生显著的影响;邻近地面建筑一体化地铁车站结构具有明显的空间效应,应该按照空间问题进行一体化地铁车站结构的抗震计算;受地面建筑的影响,一体化地铁车站中柱出现了扭矩,在进行一体化车站结构中柱抗震设计时,应考虑轴力、剪力、弯矩和扭矩的共同作用.研究成果对该类结构的抗震设计与分析具有一定的参考意义.     

土-输电塔相互作用体系下的多维地震分析

通过数值模拟对土-输电塔在多维地震作用下的响应进行了研究。运用有限元软件ANSYS,建立土-输电塔相互作用体系有限元模型,根据相关理论设置粘弹性人工边界。结合土体性质,推导地震波反演公式,对Northbridge地表地震波进行反演,得到基底地震波。将地表地震波施加于刚性地基假定条件有限元模型,基底地震波施加于土-输电塔相互作用体系有限元模型,进行有限元数值计算并对比两者结果。结果显示,在刚性地基假定条件下,地震动摇摆分量对结构的位移和加速度地震响应影响已经非常明显。考虑土-输电塔相互作用后,相较于刚性地基假定,地震动摇摆分量对结构的影响会显著增大,从而可以得出,考虑土-输电塔相互作用,才能真实反映地震摇摆分量对结构地震响应的影响。