土-结构动力相互作用对基础隔震结构的影响

基础隔震结构作为一种有效的被动控制方式,已经被广泛用于建筑结构、桥梁、核电站等工程领域中。现有规范在对其进行理论分析时通常沿用刚性地基假定,忽略土-结构相互作用(SSI);实际上结构物如果不考虑SSI会给其动力特性及地震反应的计算带来较大失真;因而有必要研究SSI对基础隔震结构的影响。视地基为均匀、各向同性的弹性半空间,采用弹簧-阻尼系统对其进行模拟;运用ANSYS有限元分析软件建立结构三维有限元模型,对不同场地类别下结构的动力特性进行了分析,研究了考虑SSI时结构的地震响应。结果表明,考虑SSI时结构的动力特性、地震响应均会受到不同程度的影响。     

土-结构动力相互作用对隔震结构的影响分析

结合一个实际工程,分析了该结构在隔震加固前后及是否考虑土-结构动力相互作用共4种情况,得出了各种情况下结构的周期、层间剪力、楼层位移、隔震支座性能、地震能量输入与结构能量反应的变化等,并得出了一些结论。     

考虑桩-土相互作用效应的桩基结构地震响应数值分析

考虑桩-土相互作用效应，建立了桩基结构地震响应分析的有限元计算模型，并在时域上进行了整体有限元数值计算。为便于进行对比分析，简要阐述了桩-士-结构地震响应分析的子结构方法。进而针对工程实例，分别采用整体有限元数值计算方法和子结构分析方法，对桩-土-结构体系的地震响应进行了对比计算和分析。研究表明，两种方法所得计算结果是基本一致的，从而，为桩基结构的抗震分析与工程设计提供了参考依据。     

考虑SSI效应及支座转动的隔震体系性能研究

土-结构相互作用对结构的地震反应有着重要的影响。隔震支座竖向变形引起的隔震层转动会加剧上部结构的摇摆,进而放大结构的地震响应。提出基于Timoshenko理论的考虑SSI效应及隔震层转动影响的隔震结构通用计算模型,推导并求解结构运动方程,采用虚拟激励法进行随机响应分析,进一步研究隔震层转动刚度、土体参数等对隔震结构地震响应的影响规律。分析表明：SSI效应降低了隔震效果,其对隔震结构楼层转角位移放大的影响与土-结构刚度比有关。隔震层转动刚度变化对隔震结构顶层加速度、基底倾覆力矩等影响较小,但对结构楼层转角位移有较大影响,隔震层转动刚度取值较小时,上部结构楼层转角甚至会出现大于抗震结构的情况。     

土-结构相互作用对基础隔震体系地震反应的影响

基础隔震技术已广泛地应用于建筑结构、桥梁等工程领域,现有规范和基础隔震抗震理论,忽略了土-结构相互作用的影响。但是,土-结构相互作用对基础隔震体系的影响程度、影响因素是值得探讨的。通过ANSYS软件建立了三维有限元模型,输入El-Centro（N-S）波、TAFT波、唐山滦河地震记录、天津宁河地震记录进行非线性地震反应分析,并对考虑土-结构相互作用的基础隔震体系地震反应影响因素进行分析,得到了一些有益的结论。     

土-结构相互作用对滚珠隔震支座隔震效果的影响

以ANSYS软件为上部空间结构计算平台,建立包含土、隔震层、基础、空间结构在内的整体三维模型,并通过与框架结构和框架隔震结构的水平地震效应做对比,分析了土-结构相互作用对滚珠隔震支座隔震效果的影响.结果表明：在水平地震作用下土-结构相互作用在一定程度上减弱了滚珠隔震支座的隔震效果,因此在隔震结构设计中考虑土-结构相互作用的影响是十分必要的.     

土—结构动力相互作用对滑移隔震结构的影响

利用上部结构和地基土对基础—土交界面上离散节点的动力平衡,建立整个结构在频域内的运动方程,分析土—结构动力相互作用下的滑移隔震结构对建筑结构地震响应的影响,并较为系统的计算了在不同地基土的参数组合下结构的隔震效果和地震响应,得出一些有指导意义的结论。     

桩-土-桥相互作用对隔震连续梁桥地震响应的影响

随着隔震技术在桥梁结构中的广泛应用,建立合理的桥梁模型进行隔震分析十分重要。以某连续钢箱梁桥为对象,建立了墩底固结不考虑桩土、M法桩和非线性有限元桩的三种桥梁模型,通过对这三种桥梁模型进行隔震前后的地震响应分析,以研究桩-土-结构相互作用对不隔震和隔震桥梁的影响。研究表明:考虑桩-土相互作用对该桥梁隔震前、后的地震响应都具有较大的放大效应,非线性有限元桩桥梁模型的放大效应大于M法桩的桥梁模型;三种模型的隔震率相差不大,不考虑桩-土-桥梁结构相互作用不会对隔震率产生过大估计。     

土-结构相互作用对基础隔震体系的影响

本文应用子结构法,分析了土-结构相互作用对线性基础隔震体系基频和结构反应的影响.分析模型中,上部结构取为具有埋置刚性基础的均质剪切梁式模型,地基取为均质、各向同性的粘弹性半空间.上部结构和刚性基础之间设置隔震层.通过对隔震体系反应的传递函数及基于FFT的地震时程反应的分析,讨论了地基土柔性、基础埋深和隔震层刚度对于基础隔震体系基频和结构反应的影响.     

SSI效应对某中承式拱桥地震反应的影响

对上覆土层为60m的某主跨为85m,采用桩承墩基的钢管混凝土拱桥建立了三维有限元模型,地基土采用服从Drucker-prager屈服准则的弹塑性模型,并且采用接触对方法模拟土与桩侧面相互作用,得出了考虑土与结构动力相互作用效应的拱桥地震反应,并与不考虑相互作用的桥梁地震反应做了对比,得出了一些有益结论.     

土—结构相互作用对隔震体系桥梁的影响

通过ANSYS建立三维实体模型,对未加支座、未考虑土—结构相互作用,加铅芯橡胶支座、未考虑土—结构相互作用,加铅芯橡胶支座并且考虑土—结构相互作用的连续梁桥的三种情况进行对比分析,结果表明土—结构相互作用对结构的动力响应产生不可忽略的影响。     

Numerical damage localisation for building systems including dynamic soil-structure interaction

This study develops a vibration-based damage detection method for shear buildings embedded in soil by evaluating the cumulative changes on curvature of the frequency response of displacements between undamaged and damaged structures. The curvature is calculated through direct differentiation rather than finite difference approximation. The effectiveness of the proposed method is compared with two existing methods through numerical studies. The effects of the severity of damage, level of noise and soil rigidity on the localisation of the single and successive damage scenario are investigated. Observations show that the proposed method is able to correctly localise the structural damage with different severity levels under noise-free conditions and performs better than the existing methods under noise-polluted conditions. In addition, the proposed method behaves robustly in successful predictions when buildings are located at various sites with different soil rigidities. The soil rigidity is also observed to considerably influence the effectiveness of the damage localisation method due to dynamic soil-structure interaction. Therefore, the proposed method may be used to effectively predict the damage location for building structures and can be considered to have a great potential for health monitoring of the life-cycle performance of buildings.     

长周期隔震结构基于反应谱理论的地震响应预测研究

在长周期基础隔震结构的地震响应计算或设计的某些阶段(如初步设计阶段或设计完成后的评估阶段),有必要建立一种地震响应实用计算方法,通过简单计算即能体现地震动长周期分量作用,提高隔震结构的地震安全性。通过选用合适的强震记录建立适合一定阻尼比和周期范围的、相应于规范设防烈度的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱,给出实用算式及地震动位移峰值和速度峰值;基于周期等效等准则,建立基础隔震结构的双质点系简化计算模型,推导简化计算模型参数、动力特性及地震响应的简化算式。建立基础隔震结构地震响应预测方法。利用建立的反应谱实用算式及两质点系计算模型的参数和动力特性的简化算式,可快速预测大阻尼比、长周期隔震结构地震响应。     

Machine learning-based seismic assessment of framed structures with soil-structure interaction

The objective of the current study is to propose an expert system framework based on a supervised machine learning technique (MLT) to predict the seismic performance of low- to mid-rise frame structures considering soil-structure interaction (SSI). The methodology of the framework is based on examining different MLTs to obtain the highest possible accuracy for prediction. Within the MLT, a sensitivity analysis was conducted on the main SSI parameters to select the most effective input parameters. Multiple limit state criteria were used for the seismic evaluation within the process. A new global seismic assessment ratio was introduced that considers both serviceability and strength aspects by utilizing three different engineering demand parameters (EDPs). The proposed framework is novel because it enables the designer to seismically assess the structure, while simultaneously considering different EDPs and multiple limit states. Moreover, the framework provides recommendations for building component design based on the newly introduced global seismic assessment ratio, which considers different levels of seismic hazards. The proposed framework was validated through comparison using non-linear time history (NLTH) analysis. The results show that the proposed framework provides more accurate results than conventional methods. Finally, the generalization potential of the proposed framework was tested by investigating two different types of structural irregularities, namely, stiffness and mass irregularities. The results from the framework were in good agreement with the NLTH analysis results for the selected case studies, and peak ground acceleration (PGA) was found to be the most influential input parameter in the assessment process for the case study models investigated. The proposed framework shows high generalization potential for low- to mid-rise structures.     

土-结构相互作用下消能减震结构损伤分析

基于系统化的集总参数模型表征土体动力特性,上部结构每层恢复力模型采用Takeda滞回模型,研究了地震动输入强度和土体剪切波速对消能减震结构损伤指数的影响。研究结果表明：无论是否考虑土-结构相互作用,随着结构阻尼比的增加,消能减震结构的损伤指数都得到了有效降低;考虑土-结构相互作用后,在峰值加速度为0.1g地震动作用下,非减震结构随着土体剪切波速的下降结构损伤指数基本不变,而对于消能减震结构,随着土体剪切波速的下降结构损伤指数会上升;当地震动峰值加速度增加到0.3g时,非减震结构与减震结构随着土体剪切波速的下降,结构损伤指数随之增大。     

考虑土-结构相互作用的空间结构抗震研究现状及展望

目前大跨空间结构抗震研究的分析模型主要是基于刚性地基假设.为了更好地反映空间结构在地震作用下的反应性能,有必要把上部屋盖与下部支承结构以及下部地基作为一个整体建模分析.土结构相互作用在高层结构中研究得比较充分,空间结构研究土结构相互作用则较少.本文从土-结构相互作用模型、辐射阻尼以及地震动输入三方面对研究现状进行总结.考虑土-结构相互作用的空间结构抗震的深入研究将有助于空间结构的更合理的抗震设计.     

土与一般刚度偏心结构地震动力相互作用的研究

采用极坐标表示楼层任意刚度偏心位置,能更加详细地分析结构各层刚度中心在任意位置的偏心对结构平移-扭转耦合地震响应的影响,另外考虑实际边界条件,即并入土与结构相互作用（SSI）以达到结构整体性能,因而提出了分析土与一般刚度偏心结构地震动力相互作用的基本框架.首先,采用极坐标建立双向地震作用下两层一般刚度偏心结构（GSES）的动力方程（6个自由度）;接着,使用5个自由度土阻抗函数来表征土与一般刚度偏心结构相互作用;最后,建立土与一般刚度偏心结构相互作用（SGSESI）的动力方程,使用SGSESI系统的标准化均方根位移和加速度来分析其地震动力相互作用.通过设置不同的刚度偏心位置,数值研究了在双向地震作用下,考虑SSI的同轴、非同轴刚度偏心对结构平-扭耦合地震响应的影响.     

砌体结构建筑的震害及抗震措施

对汶川地震中砌体结构的震害情况进行了分析,总结了砌体结构的震害特征及其原因,从完善砌体结构的抗震设计方面进行了论述,提出了提高砌体结构抗震性能的一些方法,以期保障人民群众的生命财产安全。     

土结相互作用对质量不规则钢框架抗地震倒塌性能的影响

对4种钢结构体系进行振动台实时动态子结构试验研究,包括规则钢框架(R-SMRF)、不规则钢框架(Ir-SMRF)、 土结规则钢框架(R-SMRF-SSI)和土结不规则钢框架(Ir-SMRF-SSI)。研究发现,附加的设备质量和地基土会对低层钢框架结构抗地震倒塌性能产生影响,结构的倒塌模式为侧移性倒塌。在小震作用下,设备鞭梢效应导致结构顶层的加速度响应增大;在中震作用下,结构中损伤发展,因此设备质量甚至会降低结构的加速度响应;相比之下,地基土增大的自振周期总是降低结构的加速度响应。随着震级增加,结构的位移响应增强,结构的损伤和残余变形增大,最终大震结构发生底层侧移性倒塌。地基土减小上部结构的位移响应,具有减震作用;而设备质量增大结构的位移反应,对结构抗地震倒塌不利。