结构-地基开放系统动力相互作用问题的高效解法

应用黏弹性人工边界将结构-地基开放系统转化为近似的封闭系统,利用等效地震波动输入方法将波动散射问题化为波源问题,再采用振型叠加法对近似封闭系统进行分析,由此建立了一种结构-地基开放系统动力反应问题的高效计算方法。采用高效算法分别计算了二维弹性半空间波源问题和地震作用下结构-地基动力相互作用问题算例,并与采用常规的直接时域逐步积分法给出的计算结果进行了对比,由此讨论了高效算法的特点。与常规直接动力分析方法相比,高效算法可以在确保模拟精度的同时,有效降低计算工作量、节省计算时间,并且结构-地基动力相互作用系统的模型越大、自由度越多,高效算法的优越性就越突出,从而为大型结构-地基系统动力相互作用问题数值分析提供了一种高效而精度足够的解法。     

结构-地基动力相互作用问题的有限元分析

用大型有限元计算软件ANSYS实现了粘弹性人工边界的模拟,计算结果表明,ANSYS在解决结构—地基动力相互作用问题时,无论是吸收边界性能还是波动输入都有很好的精度。对一平面框架结构进行了模态分析,结果表明,结构—地基相互作用对结构的影响是明显的。     

土-结构相互作用中地基土阻尼计算方法探讨

土-结构动力相互作用体系的阻尼主要包括上部结构的阻尼和地基土的阻尼。对于上部结构的阻尼,目前大都采用瑞雷阻尼,研究相对成熟。因而本文主要针对地基土阻尼的计算方法展开探讨。本文拟通过典型算例,计算分析由经典阻抗函数经验公式所确定地基土阻尼值及存在的不足。计算分析表明:传统阻抗函数经验公式确定地基土阻尼过大,特别是针对质量和刚度较大的结构(如核电站等)时,会出现超阻尼现象。基于此,在进行质量和刚度较大的结构(如核电站等)的抗震分析时,建议采用德国标准所规定的截止阻尼方法(竖向30%、水平15%)以考虑地基土的阻尼。本研究具有较强的实用性,研究成果可为土-结构动力相互作用体系动力分析中阻尼特性的考虑提供指导。     

软土地基上的土-结构动力相互作用

对于建在软弱地基土上的高层结构,由于土-结构动力相互作用,基础的平移和转动导致结构整体发生刚体位移,特别是刚体运动中的转动不仅可能增加结构的绝对位移,并且可能加大结构的重力倾覆力矩,使结构的整体稳定性受到影响.以软土地基上的刚性基础及上部结构为研究对象,通过施加与重力倾覆力矩等效的侧向力来考虑重力二阶效应,并推导了考虑土-结构动力相互作用时结构的几何刚度矩阵.数值算例表明,土-结构动力相互作用对结构的位移产生较大的影响,由此所引起的重力二阶效应可能使结构抗倾覆性能偏于不安全.     

结构-地基动力相互作用试验研究综述

本文对于近几年来结构-地基动力相互作用试验研究的现状与进展进行了综述．重点描述了国内外主要的室内模型试验,在此基础上进行一个振动台试验设计,最后提出了需要进一步研究和解决的问题。     

地基-基础-支护结构-上部结构动力相互作用体系的计算分析研究

利用通用有限元程序ANSYS针对地基-基础-支护结构-上部结构动力相互作用体系进行了计算分析,探讨了支护结构的存在对高层建筑抗震性能的影响,计算中土体的本构模型采用等效线性模型,利用粘-弹性人工边界作为土体的侧向边界,并研究了支护排桩长度和刚度、上部结构刚度以及基础型式等参数对动力相互作用体系的动力特性及地震反应的影响。     

土-结构动力相互作用振动台试验中模型地基影响因素分析

为了给出土-结构动力相互作用大型振动台试验中模型地基设计的一般原则,结合各国已有的典型试验中模型地基的动力响应实测结果,以加速度峰值放大系数及其傅里叶幅值谱为分析依据,从边界效应、模型地基高度、土体含水量及地震波输入次数4个方面对模型地基的振动性态进行了比较分析.结果表明:土箱刚性、土的自振特性、地基高度、土体含水量及地震波的输入次数是影响模型地基动力特性的主要因素,并提出了相应的控制原则.该结论可为同类试验中模型地基的设计和试验的顺利开展提供有益的参考.     

地基-结构动力相互作用对基础隔震效果的影响

以多层基础隔震框架为研究对象,利用有限元分析方法,研究地基-结构相互作用效应对基础隔震结构隔震效果的影响。对考虑和不考虑SSI效应时隔震体系的动力特性和地震响应的差异进行对比,并对地基-结构相互作用效应各组成因素对隔震后地震响应的影响规律进行分析。分析结果表明,地基-结构相互作用效应对基础隔震结构存在影响,在工程设计中,隔震结构不应忽略地基-结构相互作用效应的影响。     

土-结构动力相互作用的研究方法和发展趋势

阐述了土 -结构动力相互作用的基本概念 ,描述了其发展过程 ,分析了研究该问题的模型和方法 ,并总结了其发展趋势     

结构-地基动力相互作用时域数值分析的显-隐式分区异步长递归算法

动力相互作用时域数值分析的精度与效率是面向大规模工程问题解决的重要问题。在阻尼溶剂抽取法模拟地基无限域动力性质的基础上,提出并发展了结构–地基动力相互作用时域数值分析的显–隐式分区异步长递归算法,分别在结构、地基分区计算中进行大步长隐式与小步长显式求解,而且采用预报–校正显式积分与Newmark隐式积分,具有相同的运动量数值积分假定,可自然满足分区交界面位移协调性条件。在满足工程精度要求的条件下,分区异步长显–隐式求解算法使动力相互作用时域数值计算效率较传统小步长显式积分算法得到大幅度提高,可明显促进阻尼溶剂抽取法在大规模工程问题分析中的应用。并就积分时间步长、结构–地基交界面异步长内插格式及位移协调性关系对结构动力响应的影响进行数值对比研究,可为具体计算中的参数选择提供依据。     

考虑土-结构动力相互作用影响的结构神经网络控制

将人工神经网络控制理论应用于软弱地基上建筑结构地震反应的主动控制分析中。通过训练神经控制器NNC (Neural networkController)预测结构控制力 ,由神经模仿器NNE (Neural networkEmulator)预测结构对地震力的反应来修正NNC的输入 ,从而实现结构的主动控制。数值模拟表明 ,神经网络控制系统能够有效地控制结构的地震反应 ,且对地震输入有很好的自适应性 ,在设计神经网络控制系统时 ,应考虑土—结构动力相互作用的影响。     

土-结构相互作用对基础隔震体系地震反应的影响

基础隔震技术已广泛地应用于建筑结构、桥梁等工程领域,现有规范和基础隔震抗震理论,忽略了土-结构相互作用的影响。但是,土-结构相互作用对基础隔震体系的影响程度、影响因素是值得探讨的。通过ANSYS软件建立了三维有限元模型,输入El-Centro（N-S）波、TAFT波、唐山滦河地震记录、天津宁河地震记录进行非线性地震反应分析,并对考虑土-结构相互作用的基础隔震体系地震反应影响因素进行分析,得到了一些有益的结论。     

土–上部结构相互作用的实用分析模型研究

 讨论现有土–上部结构相互作用分析模型的优缺点,从工程应用的实际需要出发,建立土–上部结构相互作用的实用分析模型及分析方法：采用三维弹塑性杆系模型模拟上部结构,在基础底面放置水平、竖向及转动的弹簧和阻尼单元来模拟土与基础的接触作用,通过弹簧和阻尼参数的改变来模拟不同的场地等状况。用该种方法计算分析一个10层的独立基础钢筋混凝土框架结构,研究场地土剪切波速、上部结构刚度和地震动强度等因素对相互作用体系地震反应的影响,同时探讨各种情况下的结构地震能量反应规律。研究结果表明,对于独立基础钢筋混凝土框架结构来说,考虑相互作用后场地变软和上部结构刚度增大不一定使楼层顶层位移增大,但是软弱场地对结构起到一定的减震作用,并且增大上部结构刚度会使楼层剪力和弯矩有所增加;地震动作用下,上部结构刚度改变对能量的变化趋势影响很小,但是在不同影响因素下的结构阻尼耗能和结构变形能在体系能量的平衡中的作用都是主要的;改变地震强度时,不同的地震波对相互作用体系的能量的影响是不同的,阻尼耗能和结构变形耗能的作用会有所不同。     

土-结构相互作用对结构风振响应的影响

通过框架结构的风振响应计算，说明土-结构相互作用（简称SSI）对结构风振响应的影响，计算结果表明，在结构的风振响应分析中，考虑SSI并不总是安全的，在土中阻尼较小时，考虑SSI后，体系的第一频率较不考虑SSI时（即所谓的“刚性地基”）明显降低，而弹性位移反而较刚性地基时的值大，后一现象在相对刚度较小时更加明显。此外，考虑SSI后，无论结构高度如何，结构各楼层的总位移总是远无远大于刚性地基时的位移，这可能使人体产生明显的不舒适感，因此，在风振响应分析中应当考虑SSI效应。     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验模型相似设计方法

当今，模拟振动台试验是研究工程抗震能力与破坏机理的重要手段之一。模型相似设计是确保振动台试验能够尽可能真实地反映原型动力性状的关键之一。基于目前广泛应用的Bockingham π定理，主要采用量纲分析方法，并且结合考虑模型与原型之间的材料变形应力-应变本构关系及桩-土接触边界动力响应相似性，求解液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验的模型设计相似关系，同时提出人工质量问题的解决办法。     

基于精细时程法的结构动力响应并行分析系统

结构动力学问题在岩土、船舶、汽车等工程领域有着广泛的应用，同时也对大规模数值计算提出了越来越高的要求。我国在超级计算机硬件技术方面已达到国际先进水平，但由于在技术上超级计算机一般是源代码兼容，国内超级计算机不能直接安装商业性有限元软件，大大限制了国产超级计算机的工程应用。从分析有限元结构的基本过程入手，提出将超级计算机并行求解程序和商业性有限元软件集成于一体的解决方案。将占动力响应分析过程总耗时70％以上的方程组求解并行化，从而缩短总时间，前后处理仍在商业性软件中进行。该方案能把商业性软件强大的前后处理功能和超级计算机的高速计算能力结合起来。并行程序采用精细时程积分法的并行算法来实现，并给出了节省存储量的一些途径。算例验证的结果表明，并行程序具有明显的加速比和并行效率。     

地下工程抗震分析中地震动输入方法研究

 提出一种新的基于无限元人工边界的合理的地震动输入方法,该方法考虑到地层的辐射阻尼和地震波在地层中的反射和散射,采用波场分解的方法给出地震波从底面垂直入射时不同边界面上的等效地震荷载的计算公式。同时进行算例考证,结果表明,采用固定边界计算结果会出现失真的扰动,而采用该方法其结果与解析解吻合得比较好。最后将该方法用于西藏嘎龙拉隧道三维地震动力分析中,得到一些有意义的结论。     

软土地层中考虑土与结构共同作用的支护结构设计计算方法

针对软土地基的特性,提出了一个考虑土与结构共同作用的土压力计算模型,并利用此模型和杆系有限元法编制了求解支护结构内力和变形的计算程序;为了确定土压力计算模型中的四个参数,编制了用于反分析的计算程序;通过对上海两个工程实例的分析,计算结果与实际情况相吻合,证明了该模型的合理、科学性。     

层状介质中群桩竖向和摇摆动力阻抗的简化计算方法

采用动力文克尔地基梁模型,推导了层状介质中桩单元的形函数矩阵和单元刚度矩阵。提出了计算层状介质中动力相互作用因子的方法。利用桩的动力阻抗和动力相互作用因子,建立了计算层状介质中群桩竖向和摇摆动力阻抗的简化方法。文末给出了算例。