地震作用下水-结构-土动力相互作用分析

该文基于ABAQUS建立了地震作用下水-结构-土系统数值模型,分析了地震动水平和竖向作用时在不同水深条件下水-结构、水-土相互作用对结构、土体和水体响应的影响.结果表明,水平地震动作用下水-土相互作用对系统响应的影响远小于水-结构相互作用,且对水、土、结构响应的影响较小,可忽略不计.竖向地震动作用下水-结构相互作用对系...     

高层或高耸结构考虑土—结构相互作用的地震反应分析

本文提出了一个变曲振动连续体模型,将地基土、基础、上部结构视为一种性质分段均匀的连续体,将地基土的动力特性、阻抗直接引入动力方程中,即可体现结构的变化、土的分层、又简化了计算。算例结构表明此法适用于高层或高耸结构考虑土－结构相互作用的地震反应分析。     

土-结构相互作用下网架结构动力性能研究

采用整体有限元法分析土-结构动力相互作用(SSDI)下网架的动力性能。以大型有限元软件ABAQUS为平台,结合FORTRAN程序实现粘弹性动力人工边界精确施加、土体自重应力平衡及粘弹性边界条件下地震动输入,并通过算例验证有限元计算过程的有效性与合理性;建立地基土-支承体系-网架屋盖相互作用的三维整体模型,分析SSDI对网架结构动力性能影响。研究表明,SSDI使网架结构自振周期较刚性地基下延长且地基土越软周期越长,网架结构自振频率随地基土变软更密集;SSDI使基础底面峰值加速度较自由场地表峰值加速度增大5%~30%,且地基土越软增大幅度越大;SSDI效应可增大网架结构节点加速度及节点水平相对位移,且使网架结构节点水平相对位移随地基土的变软逐渐增大。     

多向地震作用下地下结构响应分析

目前地下结构的抗震分析主要是考虑水平横向地震波的作用,一般忽略水平纵向和竖向地震的影响。论文针对某一长度和宽度相差较大的地下建筑结构,建立其三维有限元计算模型,计算分析其在水平横向、水平纵向以及竖向等多向地震荷载作用下的地震响应规律。计算分析表明,对于长度和宽度相差较大的地下建筑结构,仅考虑水平横向地震作用是不够的。其结果可为地下结构的抗震分析提供参考。     

地震作用下高耸结构动力响应波动分析方法

针对高耸结构沿高度方向进行空间离散并构造出控制体,基于Timoshenko梁理论,建立控制体的动力学方程。在时间域上交替运用控制体动力学方程和剪力-位移关系式、弯矩-转角关系式,提出一种研究地震作用下高耸结构动力响应的波动分析方法。利用所提出的方法对南京电视塔在地震作用下的动力响应进行分析,计算结果表明:南京电视塔受地震作用时,大塔楼处位移峰值大于有限元方法的计算结果,大塔楼处出现转动惯性力矩峰值,研究高耸结构的地震响应问题时不应忽略转动惯性的影响。所提出的方法为研究地震作用下高耸结构的动力响应问题提供了一种有效的途径。     

下卧刚性基岩条件下场地土-结构体系地震反应分析方法研究

下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型是一个能量“半开放-半封闭”系统。它与完全的能量“开放”系统土-结构体系地震反应分析模型的不同之处是其采用了域内惯性力的地震动输入方式,这与刚性基岩-结构体系地震反应分析模型的地震动输入方式是相同的。不同于刚性基岩上的结构地震反应分析模型,下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型需要考虑半无限土层对截断边界处的影响。就笔者-所见,目前有许多研究者和工程技术人员对这一问题有错误的理解,认为截断边界的影响只是一个人工边界处理问题,分析中仅采用人工边界条件模拟了截断边界对辐射能量的影响,而忽略了一个更重要的影响因素--下卧刚性基岩条件下场地土的自由场效应。为澄清这一问题,基于土-结构体系地震反应的直接分析模型,严格推导了下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析方法,指出在通常的工程经验尺度内遗漏自由场运动效应将得不到正确的计算结果。     

二维土-结构地震动力相互作用时域有限元分析

土与结构动力相互作用是地震工程研究中的一个十分重要的课题。给出了分析地震作用下二维土-结构动力相互作用的时域有限元方法。重点放在如何模拟瞬态波在无穷介质中的传播以及如何实现地震动的输入方面。在给出的有限元过程中,地震动的输入方法以及用于截断无穷介质以获得有限计算域的局部透射人工边界都是基于柱面波动方程推导建立的,这种方法非常简单有效,结合Newmark时间积分法是无条件稳定的,使得时域计算有效而可靠。数值算例验证了这种方法的精度和有效性。     

考虑水-结构-土相互作用下深水圆柱的地震响应分析

以水中圆柱体为模型,考虑水?结构?土的相互作用,研究柱体结构在地震和波浪共同作用下的动力响应.采用有限元法将柔性柱体结构离散为欧拉?伯努利梁单元,水?结构相互作用通过附加质量代替,土?结构相互作用通过线性弹簧代替.基于结构自振频率分析,讨论土?结构和水?结构相互作用对结构自振频率的影响.研究土?结构相互作用、地震动水力...     

多向动力耦合激励下隔震结构连续倒塌性能分析

为分析隔震结构在多向动力耦合激励下的连续倒塌动力响应及抗倒塌能力,建立了隔震结构在多向动力耦合激励下的运动方程,对比分析了隔震结构仅考虑竖向不平衡荷载作用与考虑多向动力耦合激励下的倒塌动力响应,基于二次四阶矩可靠度理论建立随机鲁棒性指标,并利用该指标对隔震结构抗倒塌能力进行评判。研究结果表明：隔震结构在多向动力耦合激励下,其倒塌动力响应更大;支座瞬时失效后,结构内力重新分布达到新的平衡所需时间更长;结构抗连续倒塌能力更弱。     

SH波作用下液化土中桩-土-上部结构的动力相互作用

以桩-土相互作用的Winkler模型为基础,将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为刚性质量块,研究了桩基底土体承受垂直入射简谐SH波作用的液化土层中桩-土-上部结构系统的动力特性。考虑土体的自由场位移以及上部结构质量、转动惯量和桩轴向压力的二阶效应,建立了液化土层中单桩-土-刚性上部结构系统的边值问题,并利用分离变量法得到桩变形的解析解。在验证理论模型和解析解合理性和有效性的基础上,分析了几何和物理参数等对桩头位移放大因子和动力放大因子的影响,研究结果表明:单桩-土-上部刚性结构系统存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头位移放大因子影响显著。随着土体液化程度的发展,单桩-土-刚性上部结构系统基频、桩头动力放大因子和桩失稳临界荷载逐渐减小。     

土-结构动力相互作用对隔震结构影响的模态分析方法

本文将频域模态分析方法推广到土－结构动力相互作用对基础事震结构的影响分析下。基于上部结构固定时具有正则型的假设下,推导了地震激励作用下,土－结构动力相互作用对基础隔震结构影响的频域模态分析的步骤。算例表明,采用低阶模态进行计算,得到较高精度的分析结果的同时,可以有效地减少计算时间。     

土结构动力相互作用的实时耦联动力试验的时滞稳定性

针对土-结构动力相互作用的实时耦联动力试验(SSI-RTDHT),以单自由度上部结构体系为例,建立了考虑振动台时滞及其补偿的数学模型;然后采用基于Padé 展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性;最后利用数值仿真验证了理论分析得出的稳定条件.研究结果表明:时滞明显地改变了系统固有模态的动力特性,并使得SSI-RTDHT 成为一个条件稳定系统;稳定性随时滞和上部结构频率的增大而降低,随地基特征频率的增大而提高;上部结构阻尼比对稳定性影响不大.三阶多项式补偿会明显降低试验体系的稳定性,但可以改善固有模态的性能.     

高层建筑和风作用的耦合响应分析

本文研究了高层建筑结构和风作用的耦合振动响应,得到一个具有气体粘性的惯性力项和高阶的风速波动项的非线性微分方程组,应用简易的Park差分法求解,分析了影响结构风振响应的主要因素。获得了具有较好参考价值的风振响应分析资料。     

地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析

基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明：桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。     

考虑土-结构相互作用大型动力机器基础三维有限元分析

本文提出了考虑土-结构相互作用计算大型机器基础动力反应的三维有限元方法.该方法将动力机器基础与周围地基作为一个完整的研究对象,将基础作为粘弹性体反映基础变形,建立粘-弹性人工边界模拟半无限地基的辐射阻尼和远场地球介质的弹性恢复性能,并通过构造等效弹簧实体元使这一人工边界在商业有限元程序中实现。文中进一步将上述方法用于分析燕化高压聚乙稀装置压缩机基础的动力反应，并通过数值试验定量讨论了影响大型机器基础动力反应的主要因素，得出了一些有用的结论。     

土-结构三维动力分析的线性-非线性混合子结构法

为提高土-结构三维非线性动力分析问题的计算效率,根据结构存在局部塑性区域的特点,提出了适合于非线性子结构与多个线性子结构存在边界耦合情况的线性-非线性混合约束模态综合法。该方法将整体体系划分为线性和非线性两类子结构,对线性子结构依照势能判据截断准则进行自由度的缩减,并最终与非线性子结构进行综合,进而获得非线性体系的动态响应。进一步将该方法应用到土-高层建筑相互作用体系的三维动力分析算例中,针对两种不同的土体边界条件分别进行了多组地震动激励作用下的动力时程分析,验证了该方法的精确性与有效性。最后,针对非线性土体区域范围的多种不同取值进行了多组数值试验,结果表明：对于该文算例,当非线性土体区域的范围取为上部结构水平尺寸的3倍时即可获得满意的计算结果,进一步说明了该方法的有效性。     

地震激励邻接高层建筑的随机最优控制

采用控制设备联接相邻的高层建筑以降低其地震响应是一个切实有效的方法。基于随机动态规划原理与随机平均法,提出耦合相邻高层建筑的随机最优控制方法。先建立任意层数并在任意层高处控制联接的耦合结构的缩聚模型,再运用随机平均法导出关于模态能量的oIt随机微分方程,应用随机动态规划原理建立动态规划方程,由此可确定最优控制律。将结构的响应控制化为模态能量控制,缩减控制系统的维数。用高斯随机过程模拟地震激励,可计及其功率谱特性。数值结果表明该耦合结构随机最优控制方法的有效性。     

无限地基-结构动力相互作用分析的分区递归时域算法研究

基于阻尼抽取法,针对结构-无限地基动力相互作用时域分析提出了一种新的分区递归数值求解算法,包括逐步积分形式的地基作用力计算公式及动力相互作用分析中,基于子结构法的具体数值实现过程.该算法隐式地满足了无限介质辐射条件,可方便地确定地基作用力与交界面位置变位的关系,消除了无限地基动刚度时域算法中的频率相关性及褶积分,此外,时域子结构方式的求解可以方便地考虑结构部分的非线性力学特征.以实例的形式说明了该方法良好的精度与应用的简便性.     

高层建筑风振控制的复模态随机反应分析

本文探讨受斜拉弹簧阻尼器模型装置(CTSD)控制的高层建筑结构在顺风向脉动风激励下的随机风振反应问题.文中将高层建筑和CTSD控制机构作为一个整体的耦合体系.同时考虑体系阻尼的非正交性,建立了一种以复模态组合为基础的新的随机反应分析方法——复模态状态空间法;导得了受控体系状态反应以及结构各层反应统计解的统一表达式.通过对框架型高层建筑的实例计算以及与非耦合实振型反应结果的比较表明,该方法是很有理论和实用价值的.     

多高层建筑顶部塔楼的水平地震作用研究

研究了多、高层建筑顶部塔楼的水平地震作用,当采用底部剪力法简化计算时,对塔楼地震作用增大系数βn作了理论和计算分析,指出了βn的控制因素为主体结构基本周期T1、塔楼与主体的周期比Tn/T1和重力荷载比Gn/G,并对现行高层混凝土规范中的βn作了改进。分析中采用基于有限元理论的振型分解反应谱法建模计算,共计算了258种工况,根据这些结果给出了简化法中的修正系数βn值及实用表格,可供工程设计使用。