地下结构与土动力相互作用试验研究

本文介绍了地下结构与土动力相互作用的振动台试验 ,通过试验对拟定结构的加速度放大系数、压力与位移响应进行分析 ,并讨论了地下结构对竖向地震激励的响应 ,以及在不同埋深下 ,土与地下结构的相互作用对地下结构抗震性能的影响。     

大跨度地下结构振动性态试验研究

介绍了某大跨度地下结构的振动台试验，通过试验对拟定结构的自振频率、阻尼比及动力响应进行分析，并重点分析了地下结构对竖向地震激励的响应。讨论了在不同埋深下，土与结构的相互作用对地下结构抗震性能的影响。     

局部液化夹层场地土–结接触特性对地下结构地震响应的影响研究

当地下结构穿越液化土层，场地液化可能会对结构的动力响应产生影响。基于已开展的局部液化夹层场地地下结构离心机振动台模型试验，建立二维局部液化场地土–结构动力相互作用的有限元模型。计算模型考虑砂土液化后易产生剪切大变形的特点以及饱和两相介质与结构接触的非线性特性，通过与试验结果对比，验证数值模型的正确性，进一步分析土–结构接触非线性特性对结构地震响应的影响。研究结果表明：孔压的增长是由于地震作用的累积效应；近场砂土由于土结相互作用的存在超孔压比上升的更快，且由于土与结构变形不协调而更易消散；对于局部液化夹层场地，土结捆绑接触会放大结构的地震响应，随着地震动强度的增大，砂土层液化程度提高，场地非线性特性增强，土结刚度差异增大，土结界面采用捆绑接触所带来的误差越大，故应合理考虑土结界面接触非线性问题。     

面向地下结构-土-地表隔震结构相互作用体系的性能评估框架研究

地下结构-土-地表结构相互作用 (USSI) 对周边场地及结构产生不可忽略的影响,为此,文章提出了一种考虑USSI的滑板隔震结构性能评估框架。该框架通过一系列振动台试验与数值模拟研究为目标隔震结构提供了性能评估参考模型数据库。以隔震结构参数设计与性能评估为目标,研究开展了地下结构-土-地表隔震结构动力相互作用系列振动台模型试验,基于试验结果建立了考虑USSI的隔震结构动力分析模型,对隔震结构在地震作用下的响应指标进行了分析与评估。研究表明：地下结构对地表及周边结构地震响应影响较大,其中以层间位移最为显著。本案例中的隔震结构不仅在控制加速度、层间位移以及层间剪力等方面效果显著,而且可有效削弱地铁车站对地表结构抗震安全的不利影响。所提性能评估框架可靠有效,可作为基准框架为此类重要隔震建筑进行评估与分析。     

考虑土-结构相互作用的弹簧-地下结构体系静力推覆试验技术及其试验研究

地下结构静力推覆试验由于具有模型结构尺寸较大、应力水平可控等优点，适用于研究抗震性能问题。为了解决考虑土-结构相互作用的土-地下结构体系静力推覆试验过程复杂、费用昂贵的问题，研究了试验过程相对简单、可近似考虑土-结构相互作用的弹簧-地下结构体系静力推覆试验技术，通过引入弹簧单元模拟结构所受初始土压力及推覆过程中的土-结构相互作用，通过压缩模型两侧弹簧及施加竖向均布荷载以模拟结构所受初始土压力，通过限制模型底部水平位移，并在模型侧顶部作用水平推力将模型自初始状态推至破坏以模拟结构所受水平地震作用。以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为原型，制作几何缩尺比为1/5的模型，基于上述试验装置设计了详细的试验方案，开展弹簧-地下结构体系静力推覆试验以验证该试验方法的可行性。通过试验得到模型受力全过程剪力-层间位移能力曲线、模型结构裂缝发展部位及结构破坏形态，分析试验结果可知，在地震作用过程中，周围土体对地下结构的约束作用明显，周围土体的存在提高了地下结构的抗侧向倒塌能力，中柱是模型结构的薄弱构件。     

地下结构动土压力简化计算方法研究

基于波动力学理论,考虑土–结构动力相互作用、土介质特性及地震波的传播特性,提出了地震作用下地下结构的动土压力简化抗震设计方法。首先,将土–地下结构体系简化为单自由度的质量–弹簧–阻尼体系。其次,通过建立该体系的波动方程,并进行求解,将自由场响应换算为作用在结构上一点的动土压力,并结合结构周围土体的自由场响应分布特征,可得整个结构上的动土压力分布。最后,以振动台试验结果为基础进行了简化方法的验证,得出本文提出方法能够与试验结果吻合很好。该方法具有概念明确、计算简便、计算效率和精度高等特点,能够求解各类地下结构的地震反应,为地下结构的抗震设计提供了一种简单、实用的工具。     

地下管线非一致地震激励振动台试验的三维有限元建模

基于通用有限元软件ABAQUS,针对地下管线非一致地震激励振动台试验开展了三维有限元建模与分析.首先着重对模型箱的建模方法进行了探讨,采用Drucker-Prager模型考虑土体的非线性,并利用主从接触单元考虑土-结相互作用的非线性力学行为,然后将数值模拟结果与试验结果的自振频率、应变响应、加速度及位移响应进行对比.结果表明:所提出的分析模型和方法能够比较准确地模拟试验中土体和结构的反应及其相互作用,为地下管线的地震响应理论分析奠定了基础.     

结构-土-结构相互作用体系地震响应研究综述

依托土体为媒介,相邻地表结构和相邻地下结构在地震作用下彼此相互作用,从而影响相互作用体系的地震响应。现今地下结构的尺寸向大型化发展的同时,与地表结构的距离也越来越近,相互作用效应不容忽视。首先将地表结构-土-地表结构相互作用和地下结构-土-地表结构相互作用统称为结构-土-结构相互作用,拓展了传统结构-土-结构相互作用的内涵,然后分别归纳总结了目前地表结构-土体-地表结构、地下结构-土体-地表结构相互作用体系的研究现状和进展,已有研究表明相互作用效应主要受到相邻结构间距、结构尺寸、土体特性以及地震波特性等因素的影响;而针对材料非线性、土体非线性、地震动的空间效应等因素以及大型三维计算分析的研究相对较少。因而极有必要明确目前已有的研究进展和研究成果,提炼该复杂相互作用体系尚需解决的关键性问题。     

在地震波作用下地下连续墙的动力响应

采用有限元-无限元耦合法分析在地震波作用下地下连续墙与场地土相互作用的动力响应。子结构法的应用有效地解决了有限元-无限元的耦合问题。通过实例分析了El Centro波作用下地下连续墙在场地土中的动力响应，讨论了场地土层性质、厚度以及夹层属性对连续墙动力响应的影响，对地下连续墙的抗震设计具有参考价值。     

土与地下结构动力相互作用的大型振动台试验与计算

本文首先用大型振动台进行了土-地下结构的动力相互作用试验。采用加重乳胶制成的方形管道作为地下结构,将它预埋在大型刚性容器内的填砂中,该容器装置在振动台上,用简谐波在垂直于结构轴线的方向振动。测定了地下结构内的动应力以及砂与地下结构接触面上的动土压力及加速度。在这种试验的基础上提出了土-地下结构动力相互作用的计算模型。用等参数有限元法对这个小结构系统进行动力分析。结果证明,当考虑土的静、动力非线性并在两介质间使用薄层单元时,计算结果与试验结果吻合较好。     

桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

桩-土-结构相互作用对高层建筑顺风向风振响应的影响

推导了高层建筑在脉动风荷载作用下考虑桩-土-结构相互作用时其顺风向风振响应的计算公式，通过算例说明桩-土-结构相互作用对结构顺风向风振响应有明显的影响。一般而言，在结构的风振响应分析中，考虑相互作用并不总是安全的，在土中阻尼较小时，考虑相互作用后，结构弹性位移有可能会大于刚性地基的弹性位移，而结构总响应的幅值总是大于刚性基础时响应的幅值，结构越是高柔，该现象越为明显，考虑了桩-土-结构相互作用后有可能增加结构风振时的不舒适度。因此，在高层建筑的风振响应分析中应当综合考虑桩-土-结构相互作用的影响。     

浅谈地下结构的抗震设计及ANSYS软件在其中的应用

着重对地下结构的地震反应特点、土与结构的相互作用、地下结构抗震措施及地震波输入作了简单探讨，阐述了其发展现状与存在的问题。尤其分析了地下结构抗震抗震原则与抗震措施等问题。对ANSYS分析地下结构的抗震做了简单介绍，指出了其中应注意的问题。     

考虑土-结构相互作用的核电站动力分析方法

考虑不同土．结构相互作用(SSI)，对核电站安全壳结构进行动力响应分析的程序很多，它们采用的分析方法各不相同，如地下结构基础分析法程序CLASSI、等效线性有限元程序FLUSH、非线性有限元分析程序DYNA3D。使用这3种程序简单分析了安全壳结构的动力响应，给出了动力响应分析结果。讨论了以上3种程序在进行SS1分析时的可靠性，比较了它们在峰值加速度和响应谱作用下的响应。     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。     

地下结构中柱在竖向地震作用下动力响应研究

使用了结构动力学有关理论,研究了当竖向地震发生时双层双跨地下结构上下两层中柱的动力响应。为了解决问题的简便,首先可以将地下结构作为刚体来研究,利用土—地下结构之间的相互作用获得刚体在竖向地震作用下的动力响应。然后,利用地下结构的对称性,取一半地下结构来进行研究计算,侧墙与底板、顶板的约束使用抗弯弹簧替换。之后,利用边界条件可以把刚体动力响应输入顶板和底板中,以便获得底板和顶板的剪力,最后得到上下两层中柱的受力情况。结果表明,竖向地震作用对双层地下结构上下两层中柱的作用是比较明显的,并有可能对地下结构中柱产生严重的破坏,同时下层中柱相比于上层中柱的竖向作用更加明显。     

拟静力法计算隧道横截面地震响应的一点改进

隧道、输水管道、地下管廊等地下结构的应用日趋增多,此类地下结构在地震作用下的动力响应将会以形变的方式体现。隧道地震响应目前有众多计算方法,本文就土-结构相互作用的解析解进行研究,估算圆形隧道横截面的变形和力。本文基于弹性力学理论,就两种相对刚度法的原理与计算结果进行了对比与分析,建立了两种方法的转化关系解析解,便于工程应用。通过对前人的研究成果总结与分析,对拟静力法计算隧道横截面地震响应做了相应的改进,并与已有算例进行对比,使其更加接近于真实的地震响应结果,文章成果对于地下结构初步设计具有一定的借鉴意义。     

振动台试验中地下结构地震响应预测方法

考虑土–结构相互作用的地下结构大型振动台试验成本极高,周期长,通常难以在短期内多次重复开展,为保证试验顺利开展,在试验前对其响应开展预测工作具有重要意义。采用完全数值模拟进行预测的方法在模型试验中已得到广泛的使用,但这种方法有时会产生较大误差,特别是对于强非线性的地下结构振动台模型试验。为提高预测方法的准确性,提出了一种整体式反应位移法数值模拟与自由场试验相结合的方法来预测地下模型结构在振动台试验中的地震响应。首先,介绍采用自由场振动台试验获取整体式反应位移法计算参数的方法,基于此,分别采用所提出方法和传统全数值方法预测某地铁车站结构模型在振动台试验中的地震响应,并将预测结果与后续试验结果进行对比。结果表明:所提出方法预测结果准确性较传统全数值方法预测结果准确性有大幅提升,方法可用以定性地预测后续试验结果,并可在一定程度上指导和完善后续试验方案。     

带地连墙异跨地铁车站结构周围地基液化振动台试验

地下结构的外部轮廓及其对整体抗侧刚度产生明显改变的附属构筑物都将对主体的抗震性能、变形性态和破坏特征等产生显著影响。通过开展可液化地基土–地下连续墙–异跨地铁车站结构动力相互作用的大型振动台模型试验,对比分析了不同强度地震动作用下模型地基的孔隙水压力发展、加速度响应和地表震陷等动力响应规律。试验结果表明:地连墙和地下结构的存在明显减小了其周围地基的加速度和动孔压比反应,且地基液化程度不同时的影响规律存在明显差异;模型地基对地震动的低频段反应更为强烈,反应谱随地震动强度的增大逐渐向长周期移动;当输入地震动强度较小时,模型结构和场地均出现少许沉降,强地震动作用下的地基土沉陷明显,地下结构呈整体水平上浮状态;模型地基动孔压发展及其分布沿结构纵向变化较小,根据试验结果给出了具体的影响规律及其影响机理。     

水塔及其地基的地震峰值响应

用以概率为基础的迭代法分析了水塔结构及其地基的峰值地震响应，其中考虑了土与结构的相互作用和土的应变相关非线性应力－应变特性。分析结果表明，土－结构相互作用对水塔结构及其地基均会产生重要影响，特别是会增大水塔结构的基底剪力和基底弯矩，并在地基中产生较大的正应力。