不同土性的地基-结构动力相互作用振动台模型试验对比研究

通过结构-地基动力相互作用(SSI)体系的振动台模型对比试验,研究了不同土性的地基条件对动力相互作用效果和规律的影响。在试验现象方面发现,地基土越软弱,结构沉降和倾斜越大;不同土性条件下结构裂缝形态相似,但土越硬,裂缝出现越早,发展也越严重。在体系动力特性方面发现,SSI体系频率均小于不考虑SSI的结构自振频率,阻尼比大于结构材料阻尼比,但不同土性条件时由于土、基础、结构三者刚度比不同,SSI对动力特性的影响程度和机理存在差异。在地震反应方面发现,土越硬,加速度反应的峰值放大系数越大;加速度反应的主要组成成分和频谱特征是,土较软时以基础转动引起的摆动分量和平动分量为主;土较硬时以结构弹塑性变形分量为主。结果表明在不同地基土性条件下,结构-地基动力相互作用具有相似的规律,但其效果和机理存在差异。     

SSI体系阻尼比实测及其分布规律研究

 阻尼比是结构动力分析的重要动力特性参数,目前规范采用的阻尼比是基于刚性地基或近似刚性地基的试验结果,未能考虑土与结构相互作用(SSI)效应。针对SSI效应问题,体系阻尼比的准确评估是其动力分析的重要前提。为了实现实际SSI体系阻尼比值较准确的识别,提出环境激励下SSI体系阻尼比测试与识别方法,并应用这一识别方法,给出西安及其周围地区82幢各类SSI体系基本等效黏滞阻尼比的实测识别结果。同时在实测阻尼比数据的基础上,初步研究实际SSI体系阻尼比的总体分布规律、影响因素和取值范围。     

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。     

软基SSI体系动力特性研究——一阶模态化趋势

在较大频响范围内，通过实测加速度传递函数和ANSYS有限元分析，对一个l:10的土．桩基．结构振动台试验模型在动力过程中的模态变化规律进行了考察。分析了软基SSI体系中软基对上部结构动力特性的影响，指出了在土、结构相对动刚度比足够小时，软基SSI体系动力特性——一阶模态化发展趋向。     

考虑SSI效应的特高压输电塔风振响应分析

在地震作用下考虑土-结相互作用(SSI)效应对输电塔结构影响的研究已经比较成熟,而在风荷载作用下考虑SSI效应对输电塔结构影响的研究还相对较少。以一座特高压直流线路直线塔为例,建立了输电塔-基础-地基的完整数值模型,分析了风荷载作用下不同阻尼比和刚度的地基土对上部输电塔结构响应的影响。结果表明,地基土阻尼比较小时,考虑SSI效应后上部结构的响应增大;地基土阻尼比越大,上部结构加速度风振响应越小,而上部结构位移响应基本没有变化;地基土刚度越小,上部结构的加速度和位移响应越大。总体来说,SSI效应对输电塔结构不利。     

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.     

软土地基上高层隔震结构模型振动台试验研究

通过对高层隔震结构模型在刚性地基和软土地基条件下进行对比振动台试验,研究软土地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界影响,采用粉质黏土作为模型土,考虑基底压力的相似,采用高宽比为4的5层钢框架作为上部隔震结构模型,设计了软土地基上高层隔震结构、非隔震结构以及刚性地基上隔震、非隔震结构的振动台试验模型。试验结果表明：土-结构相互作用（SSI）效应对隔震结构的影响程度较非隔震结构轻;SSI效应显著降低了隔震结构模型的自振频率、增加了体系的阻尼;软土地基上隔震结构能够有效减轻结构的地震反应,但是相对于非隔震结构的加速度反应比值增大,隔震效果降低;SSI效应可能增加也可能减小隔震结构的地震反应,不仅与地震动类型有关还与输入地震动强度相关;软土地基上高层隔震结构基础输入地震动与自由场地震动在反应谱水平上基本一致,采用自由场地震动确定基础输入地震动是可行的,且偏于安全,而非隔震结构基础输入地震动则与地基更深层的地震动接近。     

核电厂结构的不同规范土-结相互作用的阻抗函数比较

为比较中国、美国和法国三国在考虑核电厂土结相互作用(SSI)抗震分析方面主要规范的异同,通过对核电厂主要厂房结构应用GB 50267—1997、ASCE 4-98及RCC-G88三种规范,比较SSI阻抗函数的方法的异同,拟合便于工程使用计算刚度及阻尼系数的公式,运用ANSYS11.0通过等效简化分析,建立土弹簧-集中质量-梁模型进行模态分析,得到RCC-G88中与频率有关的阻抗函数。对比表明,对于刚度较大的核电厂主厂房土-结相互作用分析,RCC-G88反映地基动力特性,较ASC E4-98和GB 50267—1997保守。     

土-结构-TMD体系振动台模型试验与数值模拟对比研究

为了分析土与结构相互作用效应(SSI)对结构控制的影响,将地基土、上部结构和调谐质量阻尼器(TMD)组合成4种结构体系,在同一地震激励下,分别对其进行振动台试验。运用土与结构动力相互作用三维有限元分析软件SASSI2000对4种结构体系分别建立模型,并对各种试验工况下的结构地震反应进行了数值模拟计算。计算中,采用三维八结点实体单元模拟结构的基础部分,每个结点有3个自由度;上部结构采用集中质量模型;采用等效线性化模型考虑土的动力非线性影响。对振动台模型试验与数值模拟结果的比较表明,两者得到的SSI效应对TMD减震控制性能的影响表现出相似的规律性,SSI效应对结构的减震控制效果有很大影响。     

2.5MW海上风力发电机钢塔筒地震响应分析

以福建某海滩单机容量为2.5MW海上风力发电机为原型,应用ABAQUS有限元软件分别建立风力发电塔的地基刚接模型和考虑土与结构相互作用的质量-弹簧-阻尼模型.通过给模型施加地震波,对风力发电塔体系进行地震动力作用时程分析.主要研究了土与结构相互作用（Soil-structure interaction,SSI）对风力发电塔体系地震响应的影响.研究表明,SSI效应降低了风力发电塔的地震应力响应,增加了其地震位移响应.     

土–上部结构相互作用的实用分析模型研究

 讨论现有土–上部结构相互作用分析模型的优缺点,从工程应用的实际需要出发,建立土–上部结构相互作用的实用分析模型及分析方法：采用三维弹塑性杆系模型模拟上部结构,在基础底面放置水平、竖向及转动的弹簧和阻尼单元来模拟土与基础的接触作用,通过弹簧和阻尼参数的改变来模拟不同的场地等状况。用该种方法计算分析一个10层的独立基础钢筋混凝土框架结构,研究场地土剪切波速、上部结构刚度和地震动强度等因素对相互作用体系地震反应的影响,同时探讨各种情况下的结构地震能量反应规律。研究结果表明,对于独立基础钢筋混凝土框架结构来说,考虑相互作用后场地变软和上部结构刚度增大不一定使楼层顶层位移增大,但是软弱场地对结构起到一定的减震作用,并且增大上部结构刚度会使楼层剪力和弯矩有所增加;地震动作用下,上部结构刚度改变对能量的变化趋势影响很小,但是在不同影响因素下的结构阻尼耗能和结构变形能在体系能量的平衡中的作用都是主要的;改变地震强度时,不同的地震波对相互作用体系的能量的影响是不同的,阻尼耗能和结构变形耗能的作用会有所不同。     

考虑土-结构相互作用的桥梁脆弱性分析方法及其应用

将FEMA440考虑土-结构相互作用的能力谱方法与桥梁脆弱性分析相结合,提出能够综合考虑地基柔性效应、运动学效应和基础阻尼效应的桥梁脆弱性分析方法,再结合所统计的与我国桥梁抗震设计规范相容的强度折减系数谱,对某城市高架梁式桥进行脆弱性分析,建立相应的脆弱性曲线,并与非线性动力时程分析法和不考虑土-结构相互作用的脆弱性分析法所建立的脆弱性曲线进行比较。计算结果表明:所建立的考虑土-结构相互作用的脆弱性曲线与非线性动力时程分析的计算结果十分接近,而不考虑土-结构相互作用的脆弱性曲线则与实际情况有较大差距。可见,该方法可以较为准确地对考虑土-结构相互作用的桥梁结构进行脆弱性分析,这也验证了该法应用于我国桥梁结构抗震性能评估的可行性。     

大跨空间结构协同工作问题研究现状及展望

基于近些年关于大跨空间结构协同工作问题理论方法及应用的研究成果,归纳出大跨空间结构协同工作问题的研究历程,对现有的土-结构相互作用计算模型解决大跨空间结构协同工作问题的适应性进行分析,对协同工作条件下大跨空间结构阻尼比的取值方法予以总结,并对利用九子台多功能振动台阵系统研究大跨空间结构协同工作问题的可行性给予探讨,最后对大跨空间结构协同工作问题未来的研究方向做出展望。     

Variability in seismic response of secondary systems due to uncertain soil properties

A mode acceleration formulation is presented to investigate the variability in the response of a secondary system which is supported on a flexible-base primary system at multiple attachment points. The response functions are considered to be uncertain due to uncertainties in the values of shear wave velocity and Poisson’s ratio of the foundation soil. Both soil parameters are assumed to be statistically independent variables with Gaussian distributions. A numerical study with the help of an example primary-secondary (P–S) system shows that dynamic response should be ignored only for very stiff secondary modes, say > 7 times as stiff as the dominant mode of the primary system, for the proposed formulation to work well. It is also seen that uncertainty in shear wave velocity can be ignored in case of limited soil-structure interaction, while uncertainty in Poisson’s ratio should be considered only when soil damping is sensitive to the Poisson’s ratio and there is significant soil-structure interaction.     

三维结构-地基动力系统高效算法精度问题研究

通过引入等效粘弹性边界将三维结构—地基开放系统转化为一个近似的封闭系统,结合振型叠加方法、波动输入方法,提出了结构—地基动力相互作用问题的高效算法。采用Lamb问题研究了高效算法的精度问题,并使用高效算法分析了地震作用下三维结构—地基系统动力反应。在地震作用下,高效算法可以在满足工程精度的前提下大大提高计算效率。     

结构-地基动力相互作用问题分析的一种直接方法

本文给出结构-地基动力相互作用分析的一种直接有限元方法,可以依托大型结构分析软件完成结构-地基动力相互作用研究工作.该方法不但可以较好地模拟半无限地基的辐射阻尼,也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能.文中同时给出了一种结构-地基动力相互作用中地震波动输入方法,可以准确模拟任意角度入射的地震行波的输入.数值算例表明本文给出的方法具有较高的精度.     

土-结构相互作用对结构风振响应的影响

通过框架结构的风振响应计算，说明土-结构相互作用（简称SSI）对结构风振响应的影响，计算结果表明，在结构的风振响应分析中，考虑SSI并不总是安全的，在土中阻尼较小时，考虑SSI后，体系的第一频率较不考虑SSI时（即所谓的“刚性地基”）明显降低，而弹性位移反而较刚性地基时的值大，后一现象在相对刚度较小时更加明显。此外，考虑SSI后，无论结构高度如何，结构各楼层的总位移总是远无远大于刚性地基时的位移，这可能使人体产生明显的不舒适感，因此，在风振响应分析中应当考虑SSI效应。     

基于反应谱的土与结构相互作用体系演变随机激励响应

利用功率谱与反应谱的转换关系,建立了演变随机过程输入功率谱密度函数表达式,提出了分析土与结构相互作用体系演变随机过程的反应谱分析方法,该方法利用新规范中的加速度反应谱作为目标谱,计算与之相对的功率谱并按该功率谱作为地震输入谱进行土与结构相互作用体系随机地震反应分析.研究表明,该方法反映了地震动和相互作用体系的动力特性,是进行土与结构相互作用体系随机地震反应分析的一种有效方法.     

土-结构非线性相互作用体系演变随机过程响应分析

在假定结构体系受到非均匀调制的演变随机激励基础上,考虑到地震动强度和频谱非平稳特性,应用等效线性化方法分析了土-结构相互作用体系在演变随机激励下的响应演变谱和时变均方根响应,给出了一种实用计算方法,再通过示例叙述了此方法的实施过程。计算结果表明,地震动频谱非平稳特性对非线性相互作用体系响应有较大的影响。     

形状记忆合金阻尼器在斜拉桥地震控制中的应用

着重介绍和研究一种用在斜拉桥上由形状记忆合金制成的被动抗震控制装置的性能。对形状记忆合金的超弹性和阻尼能力进行探寻,以建立辅助确定中心和能量耗散装置。建立包括土-结构之间的相互作用三维长跨桥模型,并应用在本研究中。形状记忆合金阻尼器被置于桥的桥面板-桥墩和桥面板-塔的连接处。桥受到来自两个历史记录波、三个正交分量的作用,对形状记忆合金阻尼器在控制桥面板位移的效果以及对桥塔上剪力和弯矩限制的作用进行评估。而且,对形状记忆合金阻尼器的滞回特性进行研究,以确定桥响应的敏感性。研究显示:形状记忆合金阻尼器能有效地控制桥的抗震性能,然而,这种新型阻尼器受桥面板-桥墩和桥面板-塔的连接处的相对刚度影响大。研究结果也显示,与逆相变阶段,卸荷应力的变化相比,在相变期间,形状记忆合金阻尼器应变硬化的变化对桥响应的影响较小。