高层钢框架考虑节点剪切变形及二阶效应的桩-土-结构动力相互作用

在桩 土 上部结构动力相互作用中 ,二阶效应及节点板域的剪切变形对于高层钢框架结构的地震反应内力、位移等均有不可忽视的影响。研制开发的桩 土 平面杆系结构动力相互作用分析程序DIPSFSA不仅可直接求解考虑共同工作后钢框架结构各杆件的内力和位移 ,而且还可以考虑节点剪切变形及轴力引起的二阶效应 ,更准确地模拟结构的实际受力与变形特征 ,便于Ⅲ ,Ⅳ类场地土上钢框架的实际设计与应用     

近场脉冲型地震作用下框架结构特殊反应研究

基于Open Sees平台建立自振周期不同的3层、12层的框架结构模型,并对这些结构在近场脉冲型地震动和普通地震作用下的动力响应进行了研究。通过比较分析,得到了近场脉冲型地震与不含速度脉冲地震对结构反应影响的区别。结果表明:近场脉冲型地震动含有较丰富的低频成分,因此近场脉冲型地震动作用在中长周期的框架结构上产生的层间位移角远大于不含速度脉冲地震加载后产生的层间位移角,而在短周期的结构上二者产生的层间位移角相差不大,近场脉冲型地震动对长周期结构的影响更为明显。     

近场脉冲型地震下层间隔震减震分析与层间混合隔震控制

层间隔震的隔震层下部结构类似于抗震体系,其在近场脉冲型地震下易产生弹塑性变形,且隔震层易发生过大变形而导致其上部结构倾覆失稳,这些不利影响需深入探讨。本文对比分析在有、无速度脉冲型地震激励下层间隔震结构的弹性和弹塑性反应,探讨速度脉冲对隔震层变形、隔震结构塑性铰分布所产生的影响,提出在隔震层增设粘滞阻尼器形成层间混合隔震方案,分析其对隔震层的限位保护效果及其对隔震结构非线性反应的减震效果。结果表明:在有速度脉冲型近场地震作用下,隔震层下部结构的峰值层间剪力与峰值层间位移角比原抗震结构有不同程度的增大,隔震层最大变形比无速度脉冲型地震下的最大变形有显著增加,远超越了隔震支座容许变形值。层间混合隔震能有效控制隔震层上部结构、下部结构的非线性地震反应与隔震层最大变形,避免隔震支座破坏而导致上部结构倾覆失稳倒塌。     

砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构动力相互作用研究

以砂卵石土动力特性三轴试验为基础,结合结构与地基动力相互作用理论,利用通用有限元软件ANSYS,模拟分析了砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构体系在地震作用下地震反应的主要规律：由于动力相互作用的影响,砂卵石土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构-地基相互作用的频率;基础存在平动和转动,致使相互体系与刚性地基上结构体系的顶层位移最大值和加速度有明显不同,地基土传递地震作用具有放大或减振的作用,这与地基土的性质、激励大小等因素有关,砂卵石土地基一般具有减振的作用,致使上部结构接受的地震能量较少,各层反应均较小;同时,基础的刚度对上部结构的地震反应也有明显影响.     

砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构动力相互作用研究

以砂卵石土动力特性三轴试验为基础,结合结构与地基动力相互作用理论,利用通用有限元软件ANSYS,模拟分析了砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构体系在地震作用下地震反应的主要规律:由于动力相互作用的影响,砂卵石土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构-地基相互作用的频率;基础存在平动和转动,致使相互体系与刚性地基上结构体系的顶层位移最大值和加速度有明显不同,地基土传递地震作用具有放大或减振的作用,这与地基土的性质、激励大小等因素有关,砂卵石土地基一般具有减振的作用,致使上部结构接受的地震能量较少,各层反应均较小;同时,基础的刚度对上部结构的地震反应也有明显影响。     

短桩-剪力墙体系的非线性位移反应分析与评估

在考虑桩-土-结构动力相互作用的情况下,针对短桩基础-高层剪力墙体系在罕遇地震作用下的位移反应问题,以位于南宁盆地某高层住宅楼项目为工程背景,基于ABAQUS软件为平台的平行计算技术,对土体-群桩-地下室-上部结构体系进行了水平地震反应三维数值模拟,土体的动力非线性采用修正Drucker-Prager模型,地震荷载为水平双向输入,分析结果表明:(1)整个上部结构中,第32层顶板的水平相对位移峰值最大,随着楼层降低,各层楼板的水平相对位移峰值呈渐进式减小;(2)同一楼层不同位置的相对位移反应幅值和相位的差异显著,说明上部结构的楼层平面发生了扭转变形;(3)根据上部结构的位移时程反应分析结果,说明输入地震动的特性能够明显影响地下结构的位移反应;(4)从上部结构相对位移反应的角度分析,使用短桩基础的高层剪力墙结构整体抗震性能良好。     

土-桩-结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

目前,有关土-结构动力相互作用问题的研究基本上多限于确定性的或平稳随机激励下的响应分析.文中基于某基岩加速度反应谱,利用文献[7]的方法求取基岩非平稳随机地震功率谱密度函数,采用有限元方法建立土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型,对在非平稳随机地震激励下土-桩-结构相互作用体系进行了反应分析.首先对三种不同场地条件下的土-桩-结构相互作用体系进行了动力特性分析;然后,对在非平稳随机地震激励下桩基承台的反应和自由场反应进行了比较,给出了结构的位移功率谱响应结果.     

基于振动台模型试验的管桩-土-上部结构体系的地震响应试验研究

通过管桩振动台模型试脸,研究了地震作用下单桩基础结构体系的上部结构加速度放大系数、桩顶最大剪力和最大倾覆弯矩响应幅值的分布规律及其影响因素。研究表明,管桩结构体系的各种地震响应不仅与输入的加速度幅值有关,不同的上部结构和场地的动力特性也影响管桩基础地震响应幅值的变化趋势;坚硬场地上结构的地震反应与结构有关,软弱场地上结构的地震响应与场地有关;实际桩-土-上部结构体系不是一个简单结构,必须整体考虑上部和下部结构的动力特性。     

近场地震下带楼梯框架结构弹塑性分析

为了研究近场地震作用下楼梯对钢筋混凝土框架结构的动力弹塑性影响,选取设防烈度为8度0.2g某地区钢筋混凝土框架结构,采用附加系数法设定6组模型,选用集集地震中2组近场地震波和2组远场地震波作为输入,应用Matlab2010对模型进行动力弹塑性时程分析。对比了近场和远场地震作用下不同模型的顶层位移和层间转角的变化情况,研究了近场地震对于不同模型弹塑性变形的影响。结果表明:与远场地震相比,近场地震对结构顶层位移和层间转角的影响更明显,随着楼梯对结构刚度影响增大,结构的顶层位移和层间转角最大值降低;当罕遇地震时,近场地震作用下结构产生的层间转角更大,损伤更加明显。     

上覆土竖向惯性力对浅埋地下框架结构地震损伤#br# 反应影响离心机振动台模型试验研究

已有研究表明不同轴压比下中柱侧向变形能力是影响浅埋框架地铁车站结构抗震性能的关键因素。为了研究由竖向地震作用引起的柱轴压比增高对浅埋地下框架结构的地震损伤反应的影响,采取在结构上覆土中掺入钢砂的方式体现上覆土的竖向惯性力作用,开展地下结构地震破坏离心机振动台模型试验研究。试验结果表明：结构上覆土体掺钢砂的方式对土-结构体系的动力特性、地震作用下地下结构顶、底板水平相对位移反应影响不大;增加上覆土竖向惯性力较大地改变了围岩土体与地下结构的接触压力分布形式,进而改变结构各构件的内力状态,使得框架结构中的关键竖向承力柱的轴压比升高;增加上覆土竖向惯性力导致地下结构框架受力及中柱轴压比增高的后果使得地下框架结构更易发生地震破坏。     

地震下单桩动力响应的有限元模拟

采用ANSYS结构分析软件建立了三维有限元实体模型,计算了地震作用下桩—土动力相互作用体系的动力反应,分析了体系的加速度反应、位移反应、桩身应变、桩身挠度、桩身弯矩、桩身剪力和桩土间接触压力等,并探讨了桩土刚度比、上部荷载等参数对桩—土相互作用体系的影响。     

土-结构相互作用对不同结构体系随机地震反应的影响分析

本文基于结构随机振动理论,考虑土-结构间的动力相互作用,对框架结构、框剪结构和筒体结构等三种不同结构体系的随机地震反应问题进行了计算,探讨了土-结构相互作用因素对上述三种不同结构体系随机地震反应的影响,分析了三种不同结构体系在位移功率谱响应、加速度功率谱响应和位移方差响应的差异。     

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。     

对桩承结构上下部水平抗震理解的联合预估

结合平面动力有限元与简化三维集中质量法(S-R模型)对水平地震作用下的群桩-土-结构体系的动力性能进行了理论预测,可用来计算不同构型、桩数、土层属性下的结构系统动力反应。算例分析表明,由于土与基础的参与,考虑相互作用后结构位移及层间位移反应增大;受结构、桩基础及土层属性等多因素影响,结构内力在某些地震频谱作用下反而会有所增加,而固基情形下的加速度反应谱曲线对相互作用的反应结果并不一定形成包络,两种方法在对相互作用结构进行动力反应的量化数值分析和定性评价上均有良好的一致性。     

近场地震竖向效应对结构位移的影响

基于30组近场地震记录,研究了近场地震竖向效应对结构位移的影响。对6层和10层框架结构算例分别输入每一组近场地震记录进行动力时程分析,时程分析统计结果表明,近场地震竖向效应对框架结构楼层及层间位移具有明显的增大作用,必须引起地震工程界研究、设计人员的高度重视。     

基于变形和能量双参数损伤的消能摇摆架-框架结构抗震性能分析

为研究消能摇摆架对钢筋混凝土(RC)框架结构的损伤控制作用及其应用于工程抗震加固的可行性,对一栋五层设计有消能摇摆架-框架的RC混凝土框架结构,与设计有屈曲约束支撑加固的消能减震结构、设计有摇摆墙加固的抗震结构和基础隔震结构进行抗震性能对比,通过分析在近场脉冲地震动、近场无脉冲地震动和远场地震动作用下各结构的位移、耗能情况,计算各结构的楼层损伤指数。分析结果表明:消能摇摆架能够有效抑制RC框架结构层间变形发展,减少结构耗能,降低RC框架结构的损伤,可用于结构的抗震加固。     

高层钢框架与群桩--土共同作用的三维空间结构系统地震动时程响应分析

考虑在软土地基上高层钢框架与群桩-土之间共同作用的影响,提出应用整体空间力学分析方法,建立相应的三维空间串并联质点动力计算简图和计算方法,着重分析了群桩-地基土对上部钢框架结构动态受力的影响情况,包括结构振型、周期、位移、内力等动力特性及地震反应。并与刚性地基基础情况下的结构计算结果进行比较,认为此类结构在地震动作用下,共同作用的影响不可忽视,指出结构分析及设计中应注意的一些问题。     

层状场域内桩-土-上部结构的整体动力有限元模拟

利用整体动力有限元方法 ,在考虑了模型的边界效应和桩土界面的滑移、接触非线性行为的基础上 ,较全面地研究了层状土域中桩基上下部结构的惯性相互作用和运动相互作用两种基本效应。通过实例计算表明 :土的分层和桩土非线性共同作用可以明显降低体系的动力加速度峰值和层间位移反应 ,而且土与桩的脱离与闭合对桩土刚体相互作用的影响较大     

深厚软弱场地上相邻高层结构体系的动力相互作用分析

为探究相邻结构动力相互作用(Dynamic Cross Interaction,DCI)体系在地震作用下的反应机理,对上海地区典型深厚软弱场地上包含两相邻12层带桩筏基础框架结构的DCI体系以及只含单个上述框架结构的土-结构动力相互作用(SoilStructure Interaction,SSI)体系进行了三维整体有限元分析。计算中土体的动力本构模型采用等效线性模型,利用三维粘弹性人工边界作为土体的侧向截断边界。研究了两种体系在动力特性和地震反应等方面的差异,DCI体系比SSI体系具有更小的自振频率,其差异有随着阶次增高而变大的趋势;DCI体系中上部结构加速度反应一般要大于SSI体系中的结构反应,顶部几层的差异大于底部几层;与此相反,DCI体系中地基土的加速度反应小于SSI体系中的土体反应,其差异在土表附近土体最为明显,DCI体系中两结构相邻之间且处于中点位置上土体的加速度反应最大;DCI体系中上部结构各楼层位移及层间位移反应相比SSI体系的增大幅度分布比较均匀。结果表明,深厚软弱场地上的DCI效应对整体结构地震反应有着重要影响,是不容忽视的。     

防屈曲耗能支撑钢管混凝土柱-钢梁组合框架子结构拟动力试验研究

为研究防屈曲耗能支撑在组合框架结构中的减震效果,设计了1榀10层3跨防屈曲耗能支撑钢管混凝土柱-钢梁组合框架,利用网络化结构实验室NetSLab进行了1/3缩尺的子结构拟动力试验,分析楼层剪力、支撑剪力与层间位移之间的响应关系。结果表明:在多遇烈度地震作用下,主体框架与支撑均处于弹性工作状态;在基本烈度地震作用下,主体框架处于弹性工作状态,支撑开始屈服耗能;在罕遇烈度地震作用下,主体框架基本处于弹性工作状态,而支撑则出现明显的滞回耗能效果。由楼层位移时程曲线可知,结构底层层间位移比其他各层大很多,满足组合框架结构多道抗震设防的要求。