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。     

剪力墙结构-筏形基础-地基共同作用分析

传统设计方法将上部结构、基础与地基分别计算,与实际结果有较大偏差.而能反应实际情况的是上部结构-基础与地基共同作用分析方法.通过大型通用有限元软件ANSYS,以某实际工程高剪力墙结构住宅楼及周边地下车库为例,对共同作用下建筑物的沉降进行了分析并总结了相关结论.     

结构-地基相互作用振动台试验中土体边界条件的模拟方法

本文比较了以往试验中采用的几种边界模拟方法,认为采用柔性容器的效果较好。结合本试验的实验情况,设计制作了一个柔性的模型容器。三次自由场运动振动台试验的结果表明,距边界一定距离的测点与土体表层中心测点的反应基本相同,说明边界对内部土体的影响很小,容器较好地消除了边界效应对土体地震反应的影响,土体边界条件模拟的设计是成功的,为进行结构－地基相互作用体系的振动台试验提供了条件。     

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。     

结构-地基相互作用研究的回顾与展望

结构-地基相互作用问题是地震工程、防灾减灾工程及防护工程等领域十分关注的一个课题。通过查阅大量文献,对结构-地基相互作用问题的发展历程进行了回顾,对研究现状进行了总结,重点概括了各种结构-地基动力相互作用分析数值方法,并对结构-地基相互作用研究做了展望。     

基于土与结构相互作用的铰桩-人工土复合地基结构减震的振动台试验研究

设计了一种新型的铰桩-人工土复合地基,并分别对刚性地基-框架结构体系模型及铰桩-人工土复合地基-框架结构体系模型进行了小型振动台试验研究。在铰桩-人工土地基-框架结构体系的模型试验中,采用了木屑土以及层状剪切土箱模拟实际场地的人工土,用两端带铰的桩模拟产生端塑性铰的桩,并在振动台上输入ElCentro波。试验结果表明,其地震反应较之刚性地基-框架结构体系有很大变化。在铰桩-人工土复合地基上,框架结构各层加速度、层间剪力明显减小,自振周期增大,特别是阻尼有很大的提高,说明此复合地基有明显的减震效果。     

一致粘弹性人工边界及粘弹性边界单元

提出了一致粘弹性人工边界及粘弹性人工边界单元的概念,推导了二维一致粘弹性人工边界单元刚度及阻尼矩阵,并在其基础上使用矩阵等效原理实现了采用普通有限单元模拟的二维粘弹性边界单元。均匀半空间算例与成层半空间算例验证了粘弹性边界单元具有与集中粘弹性人工边界相同的精度,并且实施更为简便。     

二维层状地基空沟主动隔振分析

采用薄层法层状半空间基本解答作为格林函数的边界元法 ,该方法可以有效的分析多层场地的动力问题 ,是解决土 -结构动力相互作用问题的一种有效工具。同时对粘弹性层状地基二维空沟主动隔振进行了详细的分析 ,提出了对于二维粘弹性层状地基屏障隔振效果的评价应综合考虑振幅衰减系数的设计标准和振幅幅值的设计标准 ,有助于空沟主动隔振的工程应用。     

真空预压砂井地基三维有限元分析的一种改进算法

在充分考虑真空预压砂井地基特点的基础上,通过引入位移结点数与孔压结点数相异的叠加单元及其对地表边界的齐次化,提出一种适用于真空预压砂井地基三维有限元分析的改进方法。该方法不仅能够有效地减少待求结点位移和孔压数、节省计算机内存,而且还能够避免整体刚度矩阵出现病态。     

An efficient method for the dynamic interaction of open structure-foundation systems

The structure-foundation system is transformed from an original open system into an approximately hermetic system through a viscous-spring artificial boundary. In addition, the seismic wave scattering problem is changed to a wave source problem by employing an equivalent seismic wave input method. Subsequently, the modal superposition method is adopted to solve the approximated hermetic system. This procedure is highly efficient in analyzing dynamic structure-foundation interaction problems in the time domain. Two numerical examples are presented to illustrate the characteristics of the proposed method: one is a wave source problem in 2-dimensions (2-D) elastic semi-infinite space, and the other is a dynamic structure-foundation interaction problem under seismic excitations. Compared with the traditional direct step-by-step integration method, the proposed method, with a sufficient number of modes included, can significantly reduce the computational time with almost the same precision. The results also indicate that the proposed method is more advantageous for solving large structure-foundation systems of many degrees of freedom. __________ Translated from China Civil Engineering Journal, 2006, 39(5): 112–116 [译自: 土木工程学报]     

Improved numerical method for time domain dynamic structure-foundation interaction analysis based on scaled boundary finite element method

Based on the reduced set of base function in scaled boundary finite element method (SBFEM), an improved time domain numerical approach for the dynamic structure-foundation interaction analysis was proposed. With reasonable choice of the number of base functions, the degrees of freedom on the structure-foundation interface were reduced and the associated computation for the calculation of convolution integral was greatly reduced. The results of this proposed approach applied to the calculation of a gravity dam and an arch dam. The acceleration frequency response functions were calculated and the influences affected by different reduced set of base functions as well as full set were compared. It was found that a higher degree of reduced set of base functions resulted in a significant increase of computational efficiency but a little bit of loss in accuracy. When the reduced set was decreased by 60%, the efficiency may be increased to up to five times, while the loss of accuracy of peak value of response will be less than 4%. It may be concluded that the proposed approach is suitable for large-scale structure-foundation interaction analysis. __________ Translated from Shuili Xuebao, 2007, 38 (1): 8–14 [译自: 水利学报]     

多层土粘弹性边界的二维斜入射SH波时域输入

采用不同人工边界区分区确定人工边界非外行波场,然后根据波动传播特点、应力状态及其自由地表反射规律和应力状态变换在时域下解析计算边界荷载,算例表明,斜入射输入技术简单、高效且模拟精度高。     

Fourier级数法的GPS精密星历拟合研究

常用GPS精密星历拟合方法存在诸如拟合时段多为2～3h,拟合方程的阶数过高,拟合精度不够等问题,针对这些问题,本文提出了采用Fourier级数拟合GPS精密星历的方法。阐述了Fourier级数法的数学原理,给出了实现步骤,并通过拟合时段为12h的实例数据,验证了利用8阶的Fourier级数可实现长时段的精密星历的精确拟合,拟合最大误差不大于3.5cm。本文还总结了级数的阶数和数据量的关系及迭代时初始值的确定,并对该方法的使用给出了一些合理建议。     

Displacement estimation of nonlinear structures using the force analogy method

Significant effort has gone toward developing accurate and efficient displacement estimation procedures for the nonlinear multi‐degree‐of‐freedom (MDOF) system. Although the dynamic nonlinear analysis is capable of providing the high computational precision through the step‐by‐step time integration method, the simplified method is still expected and imperative for seismic design practices. The work presented in this paper focuses on the implementation of using the modal superposition method to estimate displacement responses of the nonlinear MDOF system based on the force analogy method (FAM). The current research demonstrated that the equation of motion for the nonlinear MDOF system can be decoupled, but other two governing equations in the FAM about the internal force, such as the moment and force of structural members, are not decomposable. Thus, the FAM is incorporated with the modal pushover analysis (MPA) method to determine the basic parameters of each mode such that the modal superposition method can be suitable for the solution of the nonlinear MDOF system. The procedure presented here is an approximately estimation method due to the application of MPA method. However, the value and potential for the maximum displacement estimation of the nonlinear MDOF system were demonstrated through the application in a framed structure. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种桥梁挠度精密监测新方法的研究

在现代测量领域内,测量仪器选择的依据和测量项目精度要求有关,项目精度要求越高预示着对测量仪器的精度指标要求越高。如何利用常规仪器完成高精度要求的项目是测量界一直关心的难题。本文以桥梁挠度监测为例,提出一种新的实时监测方法,并从理论和试验模拟证明了该方法的可行性。为今后类似工程方案设计的制作提供新的思路,具有一定的现实指导意义和应用价值。     

增维精细积分法在围护结构温度场中的应用

对增维精细积分法在建筑围护结构温度场中的应用进行研究。对空间域进行有限元离散,获得以节点温度表示的状态方程;基于增维精细积分法,导出了求解围护结构温度场的逐时递推公式。与ANSYS10.0比较,增维精细积分法是求解建筑围护结构瞬态温度场的一种高精度的数值计算方法。     

基于改进迟滞阻尼模型的混合结构抗震分析SRSS法

混合结构的阻尼矩阵不再满足经典阻尼条件,无法直接采用模态叠加法。迟滞阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,且时域计算结果稳定收敛,但不满足能量守恒原则。利用结构每周期耗散能量与阻尼做功相等,对迟滞阻尼模型的阻尼系数进行修正,得到了改进迟滞阻尼模型,并提出了对应的混合结构模态叠加法。在此基础上,分析改进迟滞阻尼模型的反应谱特点,计算最不利地震作用效应组合,提出了基于改进迟滞阻尼理论的混合结构抗震分析SRSS法。算例分析表明,改进迟滞阻尼模型计算的地震作用效应比粘性阻尼模型计算的地震作用效应更大,其增大幅度约为15%～20%。     

复振型叠加方法合理振型数量的确定

针对适用于非经典阻尼体系的复振型叠加方法,基于理论推导,得到了评价振型贡献程度的复振型质量参与系数,并给出了两种等效的表达形式,可作为评估非经典阻尼系统所需振型数量的一种方法。同时,根据复振型退化为实振型的条件(即实部与虚部成比例关系),论证了实、复振型质量参与系数法的统一性。实、复振型质量参与系数基于相同的原理和假定,具有相同的物理意义,易于工程设计人员掌握和使用。采用典型的减隔震系统数值算例和安装黏滞阻尼器的9层钢结构Benchmark模型对复振型质量参与系数方法进行了验证,结果表明该方法能够有效估计所需振型数量。但是由于实、复振型质量参与系数法是基于基底剪力推导而得到,当用于评估加速度响应所需振型时,其数量往往偏小。