考虑桩-土相互作用的超大型单桩式海上风机结构地震响应

为了解决桩-土相互作用对超大型单桩式海上风机结构地震响应影响的问题,基于IEA 15 MW的固定式单桩海上风机原型,使用Abaqus建立考虑桩-土相互作用与泥面固定2种风机结构模型,桩-土相互作用通过一组非线性弹簧模拟。考虑风-波浪与地震联合作用,分析桩-土相互作用对超大型固定式单桩海上风机结构动力响应的影响。结果表明：针对超大型海上风机,桩-土相互作用效应使风机支撑结构的特征频率降低3%～6%;考虑桩-土相互作用的大兆瓦风机动力响应远大于泥面固定风机模型的动力响应;海上风机尺寸越大,桩-土相互作用引起的海上风机结构动力响应偏差越显著。     

桩周土及桩间距对桩基地震反应的影响

用整体动力有限元方法分析桩周土及桩间距对桩基地震反应的影响。在土体侧向的边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟；在土体平面应变单元和桩体梁单元连接处，用补充约束方程的方法进行节点耦合，使2种不同类型单元满足连续条件。结合典型工程实例选择桩、土、结构及荷载参数，重点研究了上层软土厚度的变化、软土地质参数的变化及桩间距的变化对桩基地震反应分析的影响。当上层软土的厚度达到一定值时，在土层软硬分界处桩身的内力将达到最大值。当上层土体更为软弱时，在土层软硬分界处桩身的内力会有较大的增加。桩间距适当减小时桩身的峰值内力会减小。     

桩土参数对海上风机基础结构动力特性的影响分析

基于风机基础结构的动力学响应模型,考虑桩土相互作用对海上风机桩基础结构力学特性的影响,进行了主要桩土参数对基础结构动力响应的敏感度分析研究。结果表明,桩土参数对结构动力响应有显著影响,不同参数对于结构动力响应的敏感度不同,不同土壤的同一参数对于结构的动力响应敏感度亦不同。并给出了全粘土、全砂土、半粘土半砂土3种地基模型中参数敏感度大小排序,对海上风机基础结构的设计具有重要指导意义。     

有限层地基中单桩横向地震反应分析方法

通过对分层弹性地基中单桩基础按Winkler(温克尔)地基土模型特性分析,建立合理的力学模型。并通过动力分析给出桩基础横向自振特性及横向动力与地震荷载作用下强迫反应的解析解。文中的解析公式为分层弹性地基中单桩基础在横向动力与地震荷载作用下的动力反应分析提供一种新的解析方法。     

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.     

考虑桩-土动力相互作用的钢管混凝土拱桥地震反应分析

以上覆土层为60m的主跨为85m，采用桩承墩基的钢管混凝土拱桥为分析对象，建立三维有限元模型．地基土采用服从Drucker-prager屈服准则的弹塑性模型，并且采用接触对方法模拟土与桩侧面的相互作用，分析了考虑土与结构动力相互作用效应的拱桥地震反应，并与不考虑相互作用的拱桥地震反应作了对比，发现动力相互作用对横桥向反应影响很大．     

考虑桩身钢筋混凝土非线性的单桩水平响应分析

为评估地震条件下建筑和桥梁桩基础水平承载性能,给出了考虑桩身钢筋混凝土非线性的单桩水平响应的计算方法。该方法是基于非线性Winkler地基梁,利用应变楔形体模型计算地基反应模量,桩身钢筋混凝土非线性是通过将桩截面划分成多个纤维单元,并将钢筋纤维单元和混凝土纤维单元赋予不同的非线性应力应变关系来实现的。结果表明:计算出的桩头挠度及挠度分布与实测值吻合较好,且能够反映钢筋混凝土桩抗弯刚度随着水平荷载增大的变化趋势,在钢筋混凝土桩初始加载阶段,桩截面上拉应力和压应力呈对称分布,随着水平荷载的增大,受拉侧混凝土开裂,中性轴向受压侧移动。     

考虑土-桩-结构相互作用的体育馆看台地震响应分析

基于对分层土条件下的土-群桩基础动力阻抗函数的求解,采用常数阻抗法结合子结构方法对体育馆看台进行了考虑土-桩-结构相互作用的地震响应分析.结果表明:由于地震波频谱特性的差别,体育馆看台结构在不同地震波作用下的最大位移、最大加速度等响应有所差别,EL-Centro波与人工波接近,TAR_TARZANA波作用下响应略小;三层看台的地震响应总体上较一层看台响应有明显的放大.     

土的单屈服面模型及在桩土作用中的应用研究

研究了土的单屈服面模型,其屈服函数为一个光滑的封闭空间曲面,避免了屈服面上出现奇异点,以及多重屈服面模型的跟踪记忆,有限元的数值实现相对简单．当加荷应力点位于屈服面上时,其塑性模量应用连续性条件求得,否则塑性模量由屈服面上应力映射点的塑性模量和插值函数计算得到．联合等效塑性偏应变和体应变构造硬化函数．讨论了模型参数的物理意义及其确定方法．应用该模型分析了桩土相互作用系统,通过对硬黏土和软黏土P—Y曲线的计算发现,该曲线在现场试验的统计曲线之内,单桩和群桩计算结果与试验的拟合也较好．     

高层建筑土-结构相互作用地震反应分析方法及应用

将土与结构作为一个整体,采用平面土-结构相互作用模型,提出了高层建筑土-结构相互作用地震反应分析方法.上部结构采用平面框架-剪力墙(筒体)协同工作模型;地基以高度为H、宽度为B、厚度为t的土体来模拟;土体在静力分析时采用Duncan-Chang模型,动力分析时采用等效线性化模型;基础根据其形式及刚度,分别以梁单元、刚块单元或受弯板单元来模拟.从2个场地覆盖土层较厚的高层建筑为算例,阐明了土-结构相互作用对高层建筑地震反应的影响及该方法的适用性.     

海上风机单桩基础疲劳损伤计算方法

为提高海上风机基础疲劳损伤计算的准确性,评价不同计算方法的适用性和影响,以海上风机单桩基础为例进行疲劳评价,建立全时域的动力分析模型和基于功率谱密度函数的频域疲劳损伤计算流程,研究气动阻尼比取值、风与波浪联合作用、应力幅概率分布模型对基础疲劳损伤的影响. 结果表明：基础疲劳损伤受气动阻尼比影响突出,风致疲劳损伤对气动阻尼比的敏感性大于浪致疲劳损伤;由于风与波浪联合作用对基础的疲劳损伤有较大影响,简单叠加风致疲劳损伤和浪致疲劳损伤得到的结果较风与波浪联合作用时偏小;确定合适的应力幅概率分布模型十分必要,频域法中采用Dirlik模型得到的风致疲劳损伤和采用快速傅里叶逆变换（IFFT）的浪致疲劳损伤分别与时域法的结果相近,但叠加的总疲劳损伤小于风与波浪联合作用时的总疲劳损伤.     

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.     

土-高层建筑、高耸结构相互作用地震反应分析

土-结构相互作用(SSI)体系是非正交阻尼体系,本文采用作者在文献[3]中提出的非经典振型分解反应谱方法(NMSM) 及“计算阻尼”经典振型分解法(CDCMM) 分析了土-高层建筑、高耸结构相互作用(STBI、SHSI) 地震反应。并且,本文还采用wilson-θ直接积分法和目前对SSI地震反应分析应用较多的“修正阻尼”经典振型分解法(MDCMM) 进行了计算。结果表明:(1)CDCMM能较好地估计STBI、SHSI水平地震反应,但该法大大低估了竖向地震反应:(2)NMSM仅在截取少数儿对复振型时就能对水平和竖向地震反应均做出较好的估计;(3)MDCMM所得结果误差较大;(4)NMSM不但在理论上严谨,且计算简便,易于应用。     

土与结构相互作用体系演变随机激励响应分析

应用Priestley提出的随机演变谱理论,考虑地震动强度和频率的非平稳特性,根据规范(GBJ50011 2001)场地划分标准以及线性时不变体系对随机激励的传递关系,分析土与结构相互作用体系在非平稳随机地震激励下的响应.调制函数是时间和频率的函数.通过算例分析表明:对于相互作用体系应该考虑地震动强度和频率的非平稳特性.     

考虑地震动变异性的大跨桥梁地震响应分析

在对大跨度斜拉桥进行地震响应分析时,必须考虑地震波到达各墩基础的时间延迟,以及场地地质条件和传播路径造成的地震波幅值、频率等特性的改变。基于三角级数法合成四条具有空间变异性的地震波,采用有限元软件Midas/Civil建立苏通大桥主桥模型,输入地震波模拟桥梁的地震响应,运用相对运动法对该桥进行行波激励和考虑复相干效应的多点激励响应分析。结构响应的数据分析表明:多点激励作用下结构内力和跨中挠度较行波激励小,而左右主塔的塔顶位移较行波激励大;地震不同波激励方式会对结构响应产生较大影响,在分析中应予以充分考虑。     

大型立式储罐竖向基础隔震研究

为了降低立式钢制储罐竖向地震响应,从罐液耦联运动出发,依据储罐内液体满足的边界条件和势流体理论,选择合理的速度势,给出动水压力的理论表达;考虑动水压力和土与结构相互作用的影响,建立罐液耦联振动方程、隔震层控制方程和基础的竖向振动方程;给出储罐侧壁剪力、侧壁弯矩和应力的理论表达.选取150 000 m3储罐,采用Wils...     

天津软土地区地铁车站结构的三维地震响应

采用黏弹性边界,建立土-结构相互作用的三维动力模型,对软土地区的天津地铁5号线月牙河路站进行三维数值模拟,重点分析了在天津波输入下,地铁车站中柱关键部位的应力、加速度和下层中柱的水平相对位移时程响应．研究结果表明：地铁车站中柱与顶板、底板和中板的连接处为应力集中的薄弱部位,下层中柱的水平相对位移和水平方向加速度反应主要由水平地震作用控制．     

平均风速对海上风力机塔架动力响应的影响

以海上风力机塔架为研究对象,给出了考虑几何非线性的塔架结构控制方程,采用SolidWorks软件完成了塔架三维建模,基于ANSYS软件进行了有限元网格的无关性验证。计算并分析了不同平均风速下塔架的位移和Mises应力响应,揭示了塔架最大位移和最大Mises应力随平均风速变化的规律。这可为风机塔架的运行安全和可靠性设计提供指导。     

复合加载模式下海上风机圆形浅基础亚塑性宏单元模型

海上风机基础不但承受着上部结构传来的竖向荷载、风浪等引起的水平荷载与弯矩,还承受着叶片等旋转机构传来的扭矩。基于亚塑性本构理论框架,引入相应的圆形浅基础广义屈服面函数及塑性势函数,构建了一个六自由度复合加载模式下砂土地基上海上风机基础宏单元模型。为了能够合理描述循环加载条件下基础的宏观力学响应,该模型将等效粒间应变概念引入到广义力与其对应位移关系中。通过对已有模型试验结果的数值模拟,在一定程度上验证了提出的宏单元模型的合理性。