考虑桩-土-结构相互作用的结构振动控制研究

在Penzien模型的基础上,建立了考虑桩-土-结构相互作用(PSSI)的计算模型,推导了其主动控制方程,分析了PSSI对结构控制的影响,以及土与结构各种主要参数对控制效果的影响。分析结果表明:考虑PSSI,结构地震响应有所加大,控制效果有所降低,最大控制力增大;在一定范围内,土的剪切波速、桩的截面惯性矩以及上部结构的基本周期对结构的主动控制有着显著的影响。     

考虑桩-土相互作用的连续刚构桥车桥耦合振动分析

针对某高速铁路上一座位于软弱地基处的连续刚构桥,为研究考虑桩-土相互作用对上部结构和车辆动力响应的准确影响,避免由于桩顶横向位移和弯曲的耦合作用带来的误差,建立包含桩基础的整体桥梁模型(全桩模型),对比以往常用的墩底固结模型和在承台底施加弹簧约束的模型(等效刚度模型)。计算分析了三种模型的自振特性,使用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分别进行动力仿真分析。对比分析表明：考虑桩-土相互作用对桥梁横向振动有较大影响,其中横向动位移显著增大,最大误差达31%,而横向加速度降低;全桩模型由于考虑了桩土相互作用以及横向位移和弯曲的耦合作用,比墩底固结模型和等效刚度模型要合理;高速铁路桥梁位于软弱地基处且具有高桩承台时,应采用考虑桩-土-上部结构动力相互作用的有限元模型进行车桥动力仿真分析。     

瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩竖向动力响应计算研究

在前人对瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩动力响应简化算法研究的基础上,将采用Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法引入到该领域的研究中,得到了单桩竖向动力响应的计算公式.在此计算公式的基础上分析了长径比、桩土刚度比、地基土的泊松比对单桩竖向响应的影响,并与原简化公式的结果进行了对比.     

桩-土-结构相互作用对桩基组合结构振动控制的影响研究

提出了一种新的混合振动控制体系——组合桩基结构体系,推导了其考虑桩-土-结构相互作用(PSSI)的振动及控制方程,并分析了PSSI对组合桩基结构的振动控制影响,以及土与结构各种主要参数对控制效果的影响.分析结果表明:PSSI对桩基结构及联接体的位移响应影响较小,对加速度响应影响较大;当桩周土的等效剪切波速小于700 m/s,组合桩基结构的振动控制应该考虑PSSI的影响;过分增大桩的截面惯性矩对振动控制的影响不大;桩基结构的上部质量对体系的振动控制影响较大,主要表现为:质量越大PSSI对联接体的加速度影响越大.     

桩-土-结构相互作用对高层建筑风振舒适度的影响

推导了脉动风荷载作用下考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑顺风向风振加速度响应的计算公式，通过算例说明桩-土-结构相互作用对结构顺风向风振加速度响应有明显的影响。一般而言，各参数变化对加速度响应的影响的幅度不同，在土中阻尼较小时，考虑相互作用后，结构的加速度响应要比不考虑桩-土-结构相互作用时大，即考虑了桩-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，在高层建筑的风振舒适度设计中应当特别考虑到桩-土-结构相互作用的影响。     

考虑土-结构相互作用的高层建筑横风向振动分析

用由风洞试验得出的横风向荷载功率谱密度公式,推导出考虑结构-土相互作用(SSI)的横风向荷载功率谱密度和结构的频率响应函数矩阵公式,得到结构横风向风振响应计算公式.对超高层建筑横风向振动算例说明,考虑SSI后,房屋高度、土层的剪切波速和结构阻尼比的变化,对结构顶层的弹性位移、总位移和总加速度响应有不同影响,并指出不考虑SSI,高层建筑的横风向风振响应可能偏于不安全,因而对不同的响应类型,给出了不需考虑SSI的结构阻尼比取值范围的建议值.     

SH波作用下液化土中桩-土-上部结构的动力相互作用

以桩-土相互作用的Winkler模型为基础,将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为刚性质量块,研究了桩基底土体承受垂直入射简谐SH波作用的液化土层中桩-土-上部结构系统的动力特性。考虑土体的自由场位移以及上部结构质量、转动惯量和桩轴向压力的二阶效应,建立了液化土层中单桩-土-刚性上部结构系统的边值问题,并利用分离变量法得到桩变形的解析解。在验证理论模型和解析解合理性和有效性的基础上,分析了几何和物理参数等对桩头位移放大因子和动力放大因子的影响,研究结果表明:单桩-土-上部刚性结构系统存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头位移放大因子影响显著。随着土体液化程度的发展,单桩-土-刚性上部结构系统基频、桩头动力放大因子和桩失稳临界荷载逐渐减小。     

矩形高层建筑垂直迎风时风场及风振响应实测

在接近垂直迎风情况下对抚顺市内某小区的一矩形高层居民楼采用三维超声风速仪和低频麦克风对楼顶风场和楼房迎风面风压进行实际测量,同时采用加速度传感器对麦克风所在高度处建筑的振动情况进行同步监测。对顺风向脉动风速和脉动风压分析结果表明,建筑顺风向的脉动风速和脉动风压都不符合正态分布,两者偏离趋势、偏离程度并不一致,建筑顶部的顺风向风速谱与von Karman谱符合较好,并且对于高度为80 m左右的矩形建筑,风速不大时,在建筑物迎风面相对高度约0.8处的滞流区,迎风面的脉动风压与脉动风速仍旧符合准定常假设。通过对春季和秋季测得的两次数据进行对比分析发现,尽管两次测量时天气情况及风力级别接近,但秋季风的脉动强度要远大于春季风。楼房两个主轴方向的加速度响应显示楼房发生了扭转现象。     

饱和土中桩-桩竖向动力相互作用及群桩竖向振动

由于饱和土中孔隙水的流动特性以及桩基与土体的不同渗透率,饱和土与单相土中桩基的力学行为,尤其是动力学行为存在很大差异。运用Novak薄层法和引入势函数的方法,得到了饱和土层的竖向动力阻抗和自由场竖向位移衰减函数,在此基础上研究了饱和土中桩-桩的竖向动力相互作用及群桩的竖向动力阻抗问题。分析讨论了桩土力学参数对饱和土中群桩竖向动力阻抗的影响。研究表明:桩间距、液固耦合系数、桩土模量比等参数对桩-桩竖向相互作用和群桩竖向动力阻抗有影响,研究成果对于桩基动力检测和抗震设计具有较大的实际应用价值。     

土-结构相互作用下网架结构动力性能研究

采用整体有限元法分析土-结构动力相互作用(SSDI)下网架的动力性能。以大型有限元软件ABAQUS为平台,结合FORTRAN程序实现粘弹性动力人工边界精确施加、土体自重应力平衡及粘弹性边界条件下地震动输入,并通过算例验证有限元计算过程的有效性与合理性;建立地基土-支承体系-网架屋盖相互作用的三维整体模型,分析SSDI对网架结构动力性能影响。研究表明,SSDI使网架结构自振周期较刚性地基下延长且地基土越软周期越长,网架结构自振频率随地基土变软更密集;SSDI使基础底面峰值加速度较自由场地表峰值加速度增大5%~30%,且地基土越软增大幅度越大;SSDI效应可增大网架结构节点加速度及节点水平相对位移,且使网架结构节点水平相对位移随地基土的变软逐渐增大。     

复合材料加筋结构的流固耦合振动及动力响应分析

本文通过引用阻尼单元刚度阵法,并用结构有限元与流体边界元相结合的方法对复合材料结构的流固耦合振动及动力响应问题进行研究,较好地反映了复合材料结构动力响应特征。采用修正的RITZ向量法和Newmark直接积分法求解振动及动力响应问题,避免了质量阵因附连水质量阵不对称而引起的求解困难。作为数值分析例子,文中分别计算了船体悬臂板与加筋板结构的自由振动与动力响应问题,并对一复合材料舱段进行了水下爆炸当量载荷的振动与响应计算。     

地震波斜入射下考虑局部地形影响和土结动力相互作用的多跨桥动力响应分析

在地震工程研究中同时考虑局部地形效应和土与结构动力相互作用对结构动力响应的影响是一个困难的问题。该文基于多源粘弹性人工边界理论,利用通用有限元程序ANSYS 建立了一种可以同时考虑地震波入射角度、土与结构动力相互作用及局部地形效应等因素影响的有限元分析模型。利用这一模型对一座5跨连续梁桥进行了动力响应分析,结果表明：结构内力随着地震波入射角度的变化而变化;地形效应的影响使桥梁结构局部存在内力放大效应;不考虑土-结构动力相互作用有可能较小的估计结构的内力;同时土的物理性质对土-结构动力相互作用也有一定的影响。     

高耸电视塔结构的空间风振响应与优化控制

本文根据电视塔结构具有旋转壳外形的特点，提出一种环状半主动可控调频质量阻尼器（ＴＭＤ）系统；并以旋转壳理论编制了有限元程序，对ＴＭＤ系统的安装位置、数量及其振动参数进行了优化计算。优化计算结果表明，可控ＴＭＤ系统具有显著的减振效果     

核电厂房安全壳流固耦合动力响应分析

在地震荷载作用下,核电厂房安全壳水箱内水会发生晃动,这种流固耦合作用会影响到安全壳的动力响应。采用简化附加质量法和光滑粒子流体动力学(SPH)法,分别对应不考虑和考虑水体晃动的效应,选取常用自然波Northridge波和上海人工合成波作为地震动输入,获取了7个水位工况下包括基底剪力、位移和加速度的动力响应。通过对比两种方法的模拟结果,发现考虑水体流动的SPH法要比不考虑水体晃动的简化附加质量法的动力响应要小,水箱内水的晃动对结构整体的动力响应起到了减震的作用;并分析SPH法各水位工况下的动力响应,结果表明:水位高度4.0 m时,安全壳动力响应相对较小,是水箱较为合理的储水水位。     

矩形高层建筑横风向风振动力反应分析计算

从湍流理论的基本方程出发,根据Taylor关于湍流的"冻结"假定,导出了湍流脉动风压谱密度函数的解析计算公式。在分析过程中考虑了压力控制方程源项中全部"紊动-剪切"项的影响。若取用合适的湍流积分尺度,则由此公式得出的横风向脉动风压谱密度函数值与足尺观测数据相吻合。在接近建筑物第一阶自振频率附近谱值函数高于由风洞实验得出的结果。因此根据湍流脉动风压谱密度函数计算得出的结构横风向风振动力反应位移值与加速度值均高于由日本规范公式等计算得出的值。     

地震作用下海冰与桥墩的间距对桥墩动力响应的影响研究

位于冰水海域的桥墩,在波浪力作用下,桥墩结构与周围海冰往往出现间隙,地震作用下海冰与结构的动力相互作用呈现复杂多样化。本文在弹性力学中的弹性波传播理论及结构动力学的基础上,考虑不同的海冰与桥墩间距,建立了地震作用下桥墩、冰与水体的流固耦合动力方程。并以一矩形桥墩为研究对象,研究了地震作用下,海冰与桥墩的间距对矩形桥墩结构的动力响应及动水压力的影响。研究表明：地震作用下,海冰与桥墩间距对桥墩顶部的最大位移和最大加速度响应的影响不显著,但是对桥墩侧面动水压力和墩底内力影响较大;当海冰与桥墩存在间距且小于1倍结构尺寸时,墩底的弯矩和剪力达到最大值。     

弹性地基上高层建筑结构对确定性动力作用的稳态反应

本文通过对稳态反应随时间变化规律的分析和预测,将半无限大弹性地基上高层建 筑结构对多维确定性动力作用的稳态反应问题转化成了常微分方程组的边值问题。通过对某 一高层筒中筒结构的分析计算,得出了相当合理的结论：那就是当激励荷载的频率与结构系 统的自振频率很接近时,结构的反应会出现非常大的突变。     

地下隧道内爆炸冲击下地表多层建筑的动力响应研究

该文对带有筏板基础和地下室的多层框架及框剪建筑物在遭受邻近地下隧道内爆炸冲击作用下的动力响应进行了分析研究。采用ABAQUS软件建立了考虑地基土和混凝土等材料非线性的隧道-土体-多层建筑耦合体系的三维数值模型,经与LS-DYNA模型结果的比较分析验证了该文所建体系模型的正确性和有效性。通过大量的算例分析,对隧道内爆炸冲...     

台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究

通过大跨度屋盖建筑刚性模型风洞试验和气动弹性模型风洞试验,得到屋面节点风压时程和加速度时程.采用试验所得的脉动风压时程数据利用有限元法对屋面进行风振瞬态响应分析得到了屋面位移和加速度响应,并与气动弹性模型风洞试验结果相比较,验证瞬态分析的正确性.详细阐述了台风致窗户破坏时大跨度屋盖结构的风振响应机理和特点,计算并比较了四周封闭和突然开孔两种情况的荷载风振系数和位移风振系数.这些结论为大跨度屋盖结构的抗风设计提供了指导和参考.     

考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析

为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。