土-结构相互作用对消能减震结构损伤谱的影响

消能减震结构是一种应用广泛的结构抗震体系,文中研究地震荷载下土-结构相互作用(SSI)对消能减震结构Park-Ang损伤谱的影响。消能减震结构模拟成恢复力体系为Takeda滞回模型的单自由度体系,消能减震装置假设为黏滞阻尼,地基土的动力特性采用系统化的集总参数模型表示。研究表明无论是否考虑土-结构相互作用,随着结构阻尼比的上升,消能减震结构的Park-Ang谱在整个周期段上都得到很大的降低。然而,当消能减震结构总体阻尼比达到15%~20%时,随着地基土的剪切波速下降,整个周期段上Park-Ang损伤谱都会呈现出加大的趋势。与非减震结构相比,消能减震结构需要考虑SSI效应可能产生的不利影响。     

考虑土-结构相互作用的黏弹性减震结构失效概率的参数化分析

基于基础阻抗与黏弹性阻尼器频率相关的动力特性,在频域中建立了考虑土-结构动力相互作用的黏弹性框架减震结构的动力模型,采用随机振动理论对结构体系进行抗震研究。考虑地基-土体运动相互作用对输入地震动的影响,对自由场地功率谱进行修正得到了基础底部水平有效输入功率谱和回转有效输入功率谱。以结构层间位移角作为控制参数,基于首次穿越原则,定义了结构的失效概率。根据工程实例选取了10层及20层典型框架结构体系,数值分析了结构在不同初始附加阻尼比、基础埋深比及土体剪切波速下的随机地震反应及其失效概率。研究表明,随着土体的变软,阻尼器对结构层间位移角的控制效果将有所减弱,对于高宽比较大的20层结构,其控制效果的下降幅度更为明显。对于软土地基上高层建筑的消能减震设计,SSI效应的影响不容忽视。     

土-结构相互作用效应对长周期地震动下层间隔震结构减震性能的影响

考虑土-结构相互作用(SSI效应)的层间隔震结构减震机理及振动特性有别于底部刚接于地基的层间隔震结构。长周期震动具有的丰富低频成分、大的速度与加速度脉冲、明显谐波成份等特性,对考虑土-结构相互作用的层间隔震结构具有更为不利的影响。为此,基于集总参数S-R(Sway-Rocking)模型建立一幢大底盘层间隔震框架结构,考虑不同场地类别下的影响,分析多类型长周期地震动作用下土-结构相互作用隔震体系的动力响应规律。结果表明:SSI效应使层间隔震体系的刚度弱化,结构周期延长,致使长周期地震动下Ⅲ、Ⅳ类场地上的层间隔震结构弹塑性层间位移角增大,且随着土质的变软,层间位移角增大越明显,而SSI效应对峰值层间剪力影响不大。此外,远场长周期类谐和地震动作用下的楼层峰值加速度与隔震支座变形值也均有所放大,长周期地震动下考虑SSI效应隔震结构体系的减震效果变差。     

远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构振动台试验研究

软土地基条件下土-结构相互作用(SSI)效应会对隔震结构的减震效果及动力特性产生影响。远场长周期地震动使隔震建筑这类长周期结构地震响应强烈,考虑SSI效应后地震响应可能更大。开展软土地基上层间隔震结构模型振动台试验研究,对比分析远场长周期和普通地震动下隔震层和隔震结构的楼层加速度和位移响应,研究远场长周期地震动下桩-土-层间隔震结构动力响应规律及减震效果。结果表明：软土地基具有明显的滤波效应,抑制高频分量,放大中低频分量;普通地震动下层间隔震结构的减震效果较显著,随着输入加速度峰值增大,减震效果降低,而远场长周期地震动下的层间隔震结构的减震效果比普通地震动下的差;基础及隔震层的转动效应明显,隔震层对基础转动有一定放大效应,远场长周期地震动下的隔震结构的放大效应较普通地震动下的明显,并对隔震层位移反应的影响较大。     

多介质体作用下近海桥梁的地震损伤分析

采用集中质量模型模拟桩-土相互作用,通过Morison方程和辐射波浪理论分别考虑桩基和桥墩动水压力效应,并通过桥墩构件损伤模型定义桥梁结构整体损伤准则,建立了多介质体作用下桥梁结构的地震损伤分析方法。首先对近海连续刚构桥分别进行不同水深和不同土层剪切波速条件下桥梁地震损伤分析,然后进行多介质体作用下桥梁结构的地震损伤分析。结果表明:地震作用下水-结构相互作用增大了桥梁的损伤指数,考虑桩-土相互作用减小了桥梁的损伤指数;多介质体作用下土层剪切波速较小时,水深对桥梁损伤影响相对不明显;桥梁地震损伤程度主要与地表地震动频谱特性相关;桥梁结构以横桥向损伤破坏为主。     

桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验研究

基于桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验的数据,研究了动力相互作用体系对上部结构的影响.研究结果表明:由于动力相互作用体系的影响,上部结构频率减小,阻尼增大;在输入地震波加速度峰值较小时,桩-土体系对地震波起放大作用,输入地震波加速度峰值较大时,桩-土体系起减震作用;在地震波由振动台台面传到土体表面的过程中,桩-土体系改变了地震波的频谱成份.     

考虑土-结构相互作用的大型风电结构地震响应分析

为研究地震易发区土-结构相互作用(SSI效应)对大型风电结构地震响应的影响程度,该文以某2.5MW大型风电结构为对象,首先建立其“叶片-机舱-塔架-基础-土体”耦合的精细化整体有限元模型,并基于场地土特性设置土体参数。其次,利用PEER数据库选取四种不同类型地震动,在考虑土体非线性特征的基础上,通过EERA程序得到实际土层底部的地震动加速度时程序列。最后,以风电结构塔顶位移、塔身应力、加速度及塔底内力响应为地震响应的分析指标。结果表明：远场地震动作用下大型风电结构动力响应较近场地震动作用下更大;考虑SSI效应会降低风电结构的自振频率,使塔顶相对位移时程出现不平稳现象,并更易激发结构高阶振型;在高频成分显著的近场非脉冲型地震动作用下,考虑SSI效应前后风电结构塔身最大应力以及塔底最大剪力与弯矩差异较大。在以后大型风电结构的设计中应更加细致地考虑SSI效应的影响,尤其是在高频地震作用下。     

剪切波速对砂土层地震反应的影响

地震动峰值加速度的差异与剪切波速的差异近似呈线性关系。当剪切波速减小时 ,能使地震动分数持时增加的占多数 ;当剪切波速增加时 ,能使地震动分数持时增加或减小的几率差不多。剪切波速减小 ,对地震反应谱长周期部分影响较大 ;剪切波速增大 ,对地震反应谱中、短周期部分影响较大     

结构-群桩基础地震响应离心振动台模型试验

为研究桥梁群桩基础的大质量承台和外露桩基对桩-土动力相互作用效应的影响,分别对低承台（与土接触）和高承台群桩基础进行了离心振动台模型试验。试验中地基土采用了黏质粉土,上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括单桩和群桩。为模拟地震剪切波作用下土层运动效应,采用叠环式层状剪切箱实现土体的层状自由剪切,箱内壁设置橡胶膜以消除边界反射效应。在加速度为5.0g的离心环境中,选取Chi-Chi地震波作为基底激励输入,在不同输入峰值加速度下,分析了结构-群桩基础的地震响应。试验结果表明：与低承台群桩基础相比,高承台形成的群桩外露会增加上部结构和承台的惯性效应,改变桩身峰值弯矩的分布,表现为承台与桩接触处的桩身峰值弯矩下降,但桩身最大峰值弯矩改变较小。     

考虑土—结构非线性相互作用下的结构地震反应分析

本文利用作者提出了的考虑土性非线性与基础翘离两种非线性效应的土－结构相互作用集中参数模型，建立了土－结构体系的运动方程，以一座核电厂安全壳结构为例进行了地震反应参数研究；讨论了不同地基土剪切波速与输入地震加速度的条件下土－结构线性与非线性相互作用对结构反应的影响。     

地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响

地震基岩面的选取对场地设计地震动参数取值的合理性有重要影响。以苏州城区的钻孔剖面为研究对象,选取剪切波速介于400~800 m/s的9个土层顶面作为地震基岩面,采用等效线性方法考虑土的非线性特性,采用一维波传法分析地震基岩面的选取对地表地震动特性的影响。结果表明:1地表峰值加速度PGA随地震基岩面剪切波速的增大而增大,PGA的增大幅度随输入地震动强度的增大而减小;2地表加速度反应谱放大系数?谱谱值也随地震基岩面土层剪切波速的增大而增大,且?谱谱值随输入地震动强度的增大而减小;对于中强地震的近场地震动作用,基岩面深度对周期小于1.0 s的?谱谱值的影响较大;而对于特大地震的远场地震动作用,基岩面深度对周期小于4.0 s的?谱谱值均有较大影响;3远场地震动作用时的?谱谱值明显大于近场地震动作用的?谱谱值;4取剪切波速不小于700m/s的土层顶面为地震基岩面较为适宜。     

动剪切模量比与剪切波速对地震动影响及等量关系研究

采用数值模拟方法,研究动剪切模量比和剪切波速对地震动的影响问题,并以对地表加速度反应谱影响为标准研究动剪切模量比变化与剪切波速变化间的对等关系,同时建立了等价关系式,分析中考虑了场地类别、场地遭遇地震强度和地震输入波型的影响。结果表明:①动剪切模量比误差和剪切波速误差对地震动都有着重要影响,在土体强非线性和软弱场地中影响更为强烈,实测的动剪切模量比和剪切波速比真实值低时较比真实值高时对地表反应谱影响更大,三类场地0.1g地震输入时动剪切模量比6%误差或剪切波速25%误差的影响已经不可忽视;②对不同的场地类别、场地地震烈度和地震输入波情况,动剪切模量比单独变化与剪切波速单独变化对反应谱的影响都具有对等关系;③动剪切模量比误差对地震动的影响程度要大于剪切波速误差,二者对地表反应谱的敏感性相差3～5倍,绝对误差相同时动剪切模量比降低情况下与剪切波速的敏感程度相差更大。     

农村房屋地基砂垫层隔震系统振动台试验研究

为研究农村房屋的防震减灾措施,验证地基砂垫层的减震效果,制作了1/4缩尺的1层砌体结构模型,采用大型振动台进行了有地基砂垫层隔震措施与无隔震措施的对比试验。采用自行研制的大型叠层剪切模型土箱,地基土采用粉质黏土,砂垫层采用中粗河砂。进行多工况单向水平激励的模拟地震试验。结果表明:在峰值加速度为0. 1g和0. 2g的El Centro波激励下,地基砂垫层隔震系统主要依靠砂垫层的塑性变形消耗部分地震能量,从而减少了上部结构的地震反应;在峰值加速度为0. 4g的El Centro波激励下,一方面依靠砂土的塑性变形消耗部分地震能量,另一方面由于结构基础与地基土之间的相对滑移运动,限制了地震反应向上部结构的传递;在基础埋深范围内回填砂土的措施既促进了结构基础与地基土之间的相对滑移,又对上部结构的位移反应起到了较好的限制作用;地基砂垫层隔震系统可有效减小结构的加速度、层间位移、层间剪力,在峰值加速度为0. 4g的El Centro波激励下,楼层加速度峰值减小35%,层间位移峰值减小59%,层间最大剪力减小34%。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

成束钢框筒结构罕遇地震作用下的能量反应分析

基于对三种不同竖向收进方式的成束钢框筒结构进行的罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,得到各种能量项数值,分析了采用不同峰值加速度输入下各能量项时程曲线的变化趋势。对输入能与地震加速度的关系、塑性耗能沿楼层的分布规律以及塑性耗能在构件中的分配进行了研究。探讨了组成束筒的各单个框筒的塑性耗能特点及其与竖向收进方式的关系。结果表明：采用不同的峰值加速度输入不影响弹性应变能、塑性耗能、阻尼耗能以及动能各项占总输入能比例的时程曲线变化趋势;当地震作用超过一定强度时,动能和弹性应变能在输入能中所占的比例变小,输入能主要依靠结构的塑性耗能来耗散;输入峰值加速度不同,塑性耗能沿楼层的分布规律也不同;窗裙梁是成束钢框筒结构最主要的耗能构件;组成束筒的各单个框筒耗能与输入的地震动峰值加速度有关;当输入的峰值加速度较大时,对于竖向未收进的模型,中间部位筒的耗能小于其周边筒的耗能,对于竖向收进的筒体,除收进变化较大的个别单筒外,单筒各层平均耗能较为均匀。     

基于系列地震试验基础隔震结构的减震性能及地震波参数的影响研究

为了研究基础隔震结构的减震性能及地震波参数的影响,对1个基础隔震结构模型进行了一系列工况的振动台试验。以隔震结构的减震率为指标,分析近场和远场地震下其减震性能的变化,研究相同地震动强度下平均周期、卓越周期、地震动峰值速度与峰值加速度之比、断层距和地震波方向对其减震性能的影响,分析不同地震动强度和多维地震输入下其减震性能的变化,探讨系列地震下其减震性能的退化。研究结果表明,与远场地震相比,近场地震下基础隔震结构模型的减震率相对较低,其减震性能相对较差;地震波参数中卓越周期、断层距和地震动峰值速度与峰值加速度之比及地震动强度对其减震性能的影响明显,宜作为隔震结构减震性能的主要影响因素;系列地震试验表明铅芯橡胶支座具有良好的抗性能退化能力,可以确保隔震结构的减震性能的稳定性。     

A New Model for Determining Slope Stability Based on Seismic Motion Performance

The factor of safety is one of the major aspects for designing specific structures like embankment, landslide, and artificial slopes. In this context, some huge damages are particularly reported due to the effect of earthquakes. In this paper, 700 slopes were designed based on the limit equilibrium method, and relevant factor of safety values were obtained. In the modelling process, the parameters with the greatest effect (slope height, slope degree, soil cohesion, and internal angle of friction with peak ground acceleration), were considered as predictors or model inputs. As a result, the factor of safety under the impact of seismic motion is significantly reduced when the peak ground acceleration increases. A multiple regression model was developed. Coefficients of determination for the training and testing datasets indicate the excellent ability of the proposed model to estimate the seismic factor of safety. Peak ground acceleration and soil cohesion were obtained as the parameters with the most and least effect on the factor of safety, respectively.     

独立式砖箍窑洞振动台试验及动力响应分析

为研究独立式砖箍窑洞的动力响应特性,对一缩尺比例为1∶4的结构模型进行振动台试验.试验选取两条天然地震波以及一条拟合人工波作为输入激励,对结构模型的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力以及滞回耗能进行分析.结果 表明,地震作用下独立式砖箍窑洞的窑脸面、窑腿以及中拱顶破坏更为严重.随着输入地震动峰...     

基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构设计方法

现有减震设计方法需进行繁琐的迭代,其效率有待提高。基于剪力比的概念,采用黏弹性阻尼腋撑,设置罕遇地震下腋撑与框架结构的耗能比,提出了基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构抗震设计方法。选取7条地震动记录,根据不同剪力比 α 对6层、9层、12层模型设置不同参数的腋撑,进行罕遇地震下弹塑性动力时程分析。研究了腋撑耗能占地震输入结构总能量的关系,并将各模型最大层间位移角与GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定值进行了对比。从层间位移角、层剪力、顶层最大位移值、顶层峰值加速度等方面比较了结构的减震效果。研究结果表明：对于高40m以下的框架结构,耗能比为0.6时,剪力比 α 的合理取值范围在0.10~0.20之间;剪力比α取0.15时,RC框架结构的最大层间位移角、顶层最大位移值均减少34%~45%,层剪力、顶层加速度峰值均减少19%~23%。