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.     

基于 p – y 曲线法的超长桩非线性数值分析

引入横向等效载荷概念 ,根据弹性力学变分原理,推导出了具有对称形式的杆单元 P – Δ 效应刚度修正矩阵。同时结合 p – y 曲线法, 从 Newmark 弹簧支座的概念出发,考虑横向 抗力分布 的影响,提出了与有限杆单元法相适应的非线性弹簧设置方法。 结合以上改进,建立了 相应的倾斜荷载 桩非线性有限杆单元 分析模型 。基于该模型编制了有限元程序,对具体工程实例进行了计算,并将计算结果与工程实测数据,以往方法的计算成果和通用有限元软件的模拟结果进行了对比分析,验证了模型的正确性和可行性 ,同时利用该方法计算分析了 P – Δ 效应的影响程度。     

地下结构与土动力相互作用试验研究

本文介绍了地下结构与土动力相互作用的振动台试验，通过试验对拟定结构的加速度放大系数，压力与位移响应进行分析，并讨论了地下结构对竖向地震激励的响应，以及在不同埋深下，土与地下结构的相互作用对地下结构抗震性能的影响。     

水平承载桩的p-y曲线有限元分析

利用p—y曲线来考虑土的非线性，并与杆系有限元相结合，同一土层单元体内采用线性函数来逼近土对桩的约束反力，推导了桩—土相互作用的单元刚度矩阵，使桩—土相互作用的模型更趋合理。算例表明，计算结果更符合实际。     

地基–结构动力相互作用体系中数值仿真的研究

 采用数值仿真试验进行结构地震反应的理论和计算分析,将理论分析结果、振动台试验结果和计算机仿真结果三者结合起来,研究和分析地基–结构动力相互作用及其抗震性能。通过数值模拟,解决试验中土压力盒损坏的问题,得到地震动激励下桩–土接触压力峰值的数据,并由此分析桩–土接触压力的大小及其分布规律,提出桩基上的支盘是基础减振的主要构件,并承受动荷载,减轻地震波对上部结构的冲击力,同时消耗上部结构反馈给基础的振动能量。承台和桩基两侧的土压力时程曲线呈反向关系,说明基础在同一时间一侧受压,另一侧受拉。产生这种现象的原因是由于框架结构和承台下的桩–土在振动时的相互作用,并由此导致承台出现转动效应、建筑物产生倾倒的现象。     

支盘桩–土–高层建筑结构振动台试验的研究

 设计和实施支盘桩–土–高层建筑结构动力相互作用体系的振动台试验,再现框架结构和桩基的震害现象。通过振动台试验,研究相互作用体系的地震响应、支盘桩对结构体系的阻抗作用和单、双跨框架结构抗震性能的差异,对该体系的试验现象、基频、阻尼比、振型、位移反应和上部结构顶层加速度反应进行了计算和分析。结果表明：相互作用对结构的动力特性和地震反应均有较大的影响,支盘桩具有较好的抗压、抗拔和抗扭曲作用;相同工况时上海人工波激励下的结构最大位移反应比El Centro波大,说明结构的破坏除与震级有关外,还与地震波的波形有关;双跨框架结构的抗震性能明显好于单跨,并与汶川地震中很多单跨教学楼倒塌的现象一致。研究结果对抗震设计和防灾减灾具有重要的研究意义。     

土性对土–桩–核岛结构动力相互作用影响的试验研究EI北大核心CSCD

为了深入研究不同地基土层性质对于土–桩–核岛结构体系抗震性能的影响和相关桩基的震害机制,配制3种不同硬度的地基土模型分别进行振动台试验,并对试验宏观现象和试验数据进行分析对比。试验结果表明:地基土硬度对于地震荷载作用下“土–桩–上部结构”相互作用体系具有重要影响,随着地基土硬度的减小,土结分离现象更加明显,桩基的震害现象也更加严重;由于上部结构较大的惯性力作用,地基土硬度较小时,基桩不仅在桩头处出现破坏,在5~6倍桩径深度处桩身也出现了开裂和折断的破坏现象;为保证核电工程基础的地震安全性,建议加固或选择剪切波速大于300 m/s的土层作为地基。     

桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

土层液化条件下桩土相互作用p-y关系分析

依据加权余量法原理,建立了确定桩与液化土层相互作用振动台模型试验动力p–y曲线的方法。分析了具有不同初始相对密度的土层在液化过程中动力p–y曲线的弱化以及桩土相互作用阻尼的变化,对动力p–y曲线和拟静力弱化p–y曲线进行了比较。结果表明:依据静力p–y曲线、按折减系数法确定拟静力弱化p–y曲线时,折减系数的取值不仅取决于土层初始相对密度,还与土层的埋深有关。     

土–桩–隔震结构动力相互作用体系振动反应特性试验研究

软夹层地基条件必将会对隔震结构的隔震效率及其动力反应特性产生一定的影响。鉴于此,基于软夹层地基上基础隔震结构地震反应的振动台模型试验结果,对比分析了不同频谱特性和不同强度地震动作用下软夹层地基、基础隔震层和隔震结构的振动加速度反应特征,初步给出了软夹层地基上土–桩–隔震结构动力相互作用体系的振动反应特性及其规律。结果表明,试验设置的模型地基基本上能够反映软夹层地基的地震反应特性。同时,输入地震动频谱特性及其强度对软夹层地基上基础隔震层的隔震效率及其隔震结构的动力反应规律都具有明显的影响,造成上述影响的主要原因应为软夹层地基明显改变了输入地震动的频谱特性和强度,起到了天然隔震的作用,其具体影响规律和影响程度还需做进一步的深入研究。     

液化土中对称双斜桩动力反应特征及p-y曲线规律试验研究

地震作用下液化土中桩基动力反应一直是岩土工程抗震研究的热点问题,基于非液化土和饱和砂土中对称双直桩和对称双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同地震动强度的正弦波和El-Centro地震波,对比研究非液化土和饱和砂土中,直、斜桩水平动力反应特征、桩身弯矩分布及p-y滞回曲线规律。试验研究结果表明：(1) 无论是正弦波输入还是El-Centro地震波输入试验,随着加速度峰值的增加,斜桩承台加速度和位移反应放大值均低于相同工况下的直桩基础,尤其在砂土液化时斜桩的水平抗震性能表现更好;(2) 在非液化砂土中,斜桩和直桩弯矩均较小,而当饱和砂土发生液化后,斜桩的最大弯矩是直桩3倍左右,桩顶和距离桩端0.16 m处,直桩的最大弯矩则主要集中在桩顶与承台连接处;(3) 斜桩p-y曲线包络面积更大,利于能量耗散,在非液化砂土中斜桩p-y滞回曲线整体斜率低于直桩,在饱和砂土中其整体斜率则高于直桩。因此,在进行液化土中桩基抗震设计时,斜桩的整体性能优于直桩基础,但在设计时应增强斜桩桩身的局部抗弯刚度以抵抗较大的弯矩作用。研究成果对可液化土层中工程斜桩抗震设计理论具有重要的参考价值。     

地震模拟振动台的基础设计研究

在设计动力机器基础时,需要对基础进行动力分析,可以依据的动力分析方法包括我国《动力机器基础设计规范》方法、Lysmer比拟法和美国《基础工程手册》中描述的方法等。大型地震模拟振动台的基础与一般的动力机器基础有着明显区别,具有尺寸大、推力大和工作频率范围宽等特点,对于设计这类基础时能否继续沿用上述动力机器基础的计算方法,本文进行了分析和探讨。以某单位6m×6m三向六自由度大型地震模拟振动台的基础为例进行了计算分析,结果表明,美国《基础工程手册》中的方法,在分析计算大型振动台的基础时具有更高的准确性和可靠性。     

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。     

相互作用体系中桩基的动力响应

率先在国内开展了对一种新型变截面桩-土-高层建筑结构体系动力相互作用的试验研究。通过振动台模型试验,观察了桩-土-结构体系动力相互作用的现象,验证和掌握了新型桩体与结构的震害特点。根据试验测定的数据,研究了支盘桩-高层建筑结构体系的动力特性和地震反应,重点分析了支盘桩的动力响应。通过计算和分析得出:桩-土接触压力时程曲线揭示了在地震动激励下桩-土之间存在着拉开和再接触的现象,表明支盘桩在动力相互作用过程中承受了拉、拔荷载,说明和证实了当基础具有较大的抗拉、抗拔和抗扭曲能力时,才能更好的发挥动力相互作用体系的抗震性能和减轻震灾;桩基两侧对应测点的应变时程曲线呈反向关系,表明在地震作用下,相同时间内桩基一侧受拔,另一侧受压,解释了地震区房屋产生倾斜、倾倒震害现象的根本原因。     

框架-核心筒结构与地基基础动力相互作用振动台试验研究

运用相似关系理论对某超高层框架-核心筒结构与地基基础进行了模拟地震振动台试验,以研究结构-地基基础动力相互作用对结构地震反应的影响以及柔性地基的减震效果。在试验基础上,对结构的振型和上部结构各层的最大位移进行了计算和分析,得到了结构的振动特性和动力响应。同时,还与相同加载条件的刚性地基结构模型的模拟地震振动台试验结果进行了对比。结果表明：柔性地基与上部结构相互作用改变了上部结构的振动特性和动力响应;结构的地震反应不仅与输入加速度峰值大小有关,还与输入的地震波的频谱特性有很大关系;柔性地基参与工作在地震作用强度较小时表现为对地震的放大作用,当地震作用强度达到一定大小时才会对上部结构有减震效果,而且地震作用越强,效果越好。研究结果可为超高层建筑结构设计及其与地基基础的动力相互作用的研究提供参考。     

非液化土-群桩基础-结构体系相互作用动力响应振动台试验研究

为深入研究非液化场地中桩-结构体系地震响应和土-结构动力相互作用问题,进行了含有一定深度的松砂层非液化场地土-结构体系动力相互作用大型振动台试验,分析非液化场地和群桩基础的加速度地震响应特征,并对土体侧向变形规律以及桩基弯矩分布进行了分析。结果表明：当输入0.05g拍波时,土体与桩基对加速度反应表现出放大作用,且距离结构较远处土体对加速度放大作用更加明显;当输入0.3g汶川地震卧龙台地震记录时,加速度只在远离桩基的土体中加速度反应有一定放大;桩身最大弯矩均超过60N·m,并且桩基弯矩幅值呈现出桩顶弯矩小(靠近桩顶处)、下部弯矩大(靠近桩端处)的规律,且在土层交界面附近弯矩存在突变;上部结构加速度反应自上而下有一定程度的减小,地震动Arias强度值减小明显,刚性场地上的结构地震动Arias强度是位于土体上结构的3~4倍,说明土体的耗能作用明显。     

反复微震作用下顺层及反倾岩质边坡的动力稳定性分析

水库蓄水后诱发的高频次微小地震在一定程度上会对区域地质体的稳定性产生重要影响。本文采用振动台试验、UDEC数值分析方法,对顺层、反倾两类典型岩质边坡在反复微小地震作用下的动力稳定性进行了深入研究。结果表明:两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且随地震作用次数的增加,坡体损伤(表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通)不断累积,造成两类边坡的动力响应均呈现减弱的趋势;在反复微震作用下,边坡自振频率减低和阻尼比增大是其动力特性变化的基本规律;边坡累积永久位移随着地震作用次数的增加而增加,而稳定性系数则呈现递减趋势;在反复微震作用下,顺层坡的后缘竖向拉裂缝逐渐向下扩展并与下卧层面连通,边坡主要发生沿层面的整体滑移失稳模式;反倾坡首先在坡肩及坡面出现块体崩落,随后上部岩层逐层剥落,最终形成圆弧形破坏面,边坡以坡肩处发生落石、中上部岩层发生崩塌为主要破坏特征。     

刚性桩复合地基的振动台试验研究

设计并完成了刚性桩复合地基1∶10比尺的振动台试验。对刚性桩复合地基的抗震性能、桩土变形特性、上部结构的影响、柔性容器的效果等问题进行了研究讨论。结果表明,刚性桩复合地基具有良好的抗震性能,上部结构特性对桩身变形的影响不大,桩身的运动主要受自由场运动的控制,柔性容器能够较好的解决模型试验的边界问题。