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。     

考虑群体效应的高层建筑土-结构相互作用参数研究

采用ANSYS软件建立考虑群体效应影响的三维高层建筑的有限元模型。模型采用软土地基,上部建筑群为三栋框架剪力墙结构。研究土性、上部结构刚度、基础埋深和地震波等参数对结构-土-结构动力相互作用体系的动力特性和动力反应的影响。结果表明:随着土性的变化,SSSI体系的动力响应也会发生变化;上部结构刚度较大时,群体效应对体系的影响较显著;基础埋置深度的增大会削弱体系的动力反应;不同地震波激励下体系的动力响应不同。     

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。     

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.     

上部结构刚度改变对桩-土-杆系结构动力相互作用的影响

采用改进的Penzien模型 ,利用研制开发的桩 -土 -杆系结构动力相互作用分析程序DIPSFSA ,对带支撑和不带支撑的钢框架均按刚性基础和考虑桩土参与作用两种情况进行地震反应分析 ,研究上部结构刚度改变对桩 -土 -结构动力相互作用的影响。结果表明 ,在Ⅲ、Ⅳ类场地土条件下 ,无论上部结构是否加设支撑 ,桩土参与共同工作对上部结构地震反应均有不容忽视的影响 ,且上部结构相对于地基的刚度越大 ,桩 -土 -上部结构之间的共同工作效果越明显。从而说明 ,软土地基上结构刚度越大 ,结构不一定越安全。     

分层土-桩-结构动力相互作用数值模拟试验分析

采用有限元法分析桩-土-结构动力相互作用是当前工程与学术界解决此类问题的惯用方法。应用数值试验对桩一土一结构弹塑性动力相互作用中相关的问题进行了研究,采用整体有限元方法分析桩-土-结构动力相互作用,上部结构以框架结构为研究对象,上部结构、承台以及桩均采用二维梁单元进行模拟;土体采用二维平面应变单元进行模拟。讨论了土体分层对桩-土-结构动力相互作用体系的影响,得到一些对工程实际有益的结论。     

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。     

双塔楼大底盘高层建筑-基础-地基地震动力相互作用分析

采用三维有限元方法建立了双塔楼大底盘高层建筑-厚筏基础-地基相互作用体系的动力分析模型,通过同比例增减某一参数的取值,分析了结构抗侧刚度、混凝土强度、楼板厚度和地基土刚度对双塔楼结构振动特性和地震响应的影响。结构抗侧刚度对结构动力响应的影响较大,地基土刚度和楼板厚度变化的影响次之。同时,通过与刚性基底假定的分析结果进行对比可知,土-结构之间的动力相互作用对结构动力响应的影响不容忽视。     

边坡动力稳定性数值模拟分析

本文利用FLAC~(3D)建立边坡模型,分析在动力作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。边坡在动力作用下主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑动面上部。通过数值计算分析对边坡动力响应应力状态的渐变过程和变化规律,为边坡动力破坏灾害的监测、预警、预防提供借鉴模式。     

考虑不同桩长影响的变电站配电楼地震反应分析

从变电站桩基-筏板-配电楼结构耦合体系出发,采用PLAXIS 3D建立桩筏基础-地基-上部结构三维有限元整体模型,其中,土体非线性力学行为采用考虑小应变特性的双曲线型弹塑性(HSS)模型模拟,动力计算中采用自由场边界(模型四周)和柔性底部边界(模型底部)来模拟无限地基。通过整体模型动力时程分析,研究了3条典型地震波及其不同加速度峰值情况下长桩和短桩设计方案对应的上部结构及桩筏基础动力响应特性。结果表明：变电站配电楼虽然层数较低,在地震作用下楼顶仍然表现出一定的放大效应;考虑结构后的地表水平加速度峰值总体上高于自由场地的情况,距结构30m范围内地表水平加速度反应相对较大;桩长在一定范围内变化对上部结构的振动响应影响不大;上部结构的水平加速度峰值随输入地震动加速度峰值增加而增大,地下室底板中部弯矩极值对地震动加速度峰值及不同地震波波形均不敏感。     

刚性限位对基础隔震结构动力响应影响试验研究

为防止隔震层在极罕遇地震作用下出现过大变形而导致隔震设施损坏,部分隔震结构安装了钢墩或钢筋混凝土墩等刚性限位装置。为了研究刚性限位对基础隔震结构动力响应的影响,设计三层单跨钢框架基础隔震结构以及钢墩、钢筋混凝土墩、带橡胶垫层钢墩三种刚性限位器,并进行振动台试验。研究不同预留间隙时三种限位器对基础隔震结构的位移、加速度、接触力以及隔震支座竖向荷载等动力响应影响的规律。试验结果表明,刚性限位器能有效减小其隔震层位移,但也会对上部楼层产生较高大的不利响应,同时会增大隔震支座的竖向荷载,甚至使支座产生拉应力。在钢墩前设置橡胶垫层能明显减小上部结构的加速度响应,对上部结构位移响应、隔震支座竖向力及碰撞点处接触力影响不大。     

孔隙水-力耦合作用下高速铁路轨道-路基结构动力响应分析

以某段高速铁路实际运营情况下轨道路基结构为工程背景,建立孔隙水-力耦合有限元模型,计算移动列车荷载作用下高速铁路路基动力响应,进而分析上部列车移动荷载作用下路基内孔隙水对轨道-路基结构动力响应的影响。研究结果表明,在孔隙水渗流和移动列车荷载的耦合作用下,基床表面以下应力分布较均匀,而基床表面以上的支撑层和钢轨承受较大应力;移动列车荷载在钢轨表面加载位置处存在应力扩散,钢轨表面中点位移变化及基床表面中点应力变化存在明显的锯齿状分布;路基内孔隙水头及列车行驶速度均会对路基动力响应产生影响,即路基动力响应主要受孔隙水头和列车行驶速度控制。     

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。     

考虑高台基影响的西安安定门城楼动力特性及地震响应分析

为了准确评估西安安定门城楼的结构特性及抗震性能,采用原位动力特性测试与有限元数值模拟相结合的方法,对城楼进行考虑及不考虑高台基(瓮城东城墙)影响的动力特性及地震响应分析。首先对城楼上部木结构进行原位动力特性测试,获得其自振频率和振型;然后分别建立城楼上部木结构、高台基及整体结构(高台基+木结构)的三维有限元模型,采用模态分析方法获得了各计算模型的自振频率和振型,将上部木结构自振频率和振型的模拟结果与原位测试结果进行对比以验证模型的正确性,并进行上部木结构计算模型与整体结构计算模型动力特性的对比分析;最后分别对上部木结构和整体结构模型输入不同幅值的El Centro波、Taft波及兰州人工波三种地震激励,将两种计算模型的动力响应进行对比。结果表明：高台基对城楼5阶以上的高阶频率和结构振型影响较大,并使上部木结构的位移响应、层间位移角、加速度响应及楼层剪力均有较大程度的增大,对结构的抗震性能产生不利影响。     

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。     

接触非线性对土-结构动力相互作用的影响

动力接触非线性是土-结构动力相互作用研究的难点之一。分析土-结构动力相互作用的接触条件和接触状态,构建法向接触单元和切向接触单元模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。建立数值模型,分析土-结构在水平加速度波作用下的响应。结果表明,叠加法向接触单元和切向接触单元可以有效模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。在水平加速度波作用下,分析土-结构的相互作用而不考虑接触的分析性对基底的竖向应力影响不大,但是会低估基底的水平应力。     

考虑桩-土-结构相互作用影响的多层厂房振动分析

通过引入黏弹性人工边界,建立了桩-土-结构相互作用的厂房整体有限元分析模型,对设备作用下的多层厂房振动进行较为全面的分析,并就模型简化及桩-土体系对系统的影响进行对比研究。实例计算表明:桩-土体系的参与降低了系统自振频率,并对结构的动力响应产生了一定的影响,但在水平与竖向两个方向上存在差异。高频设备荷载作用下,桩-土体系的参与对厂房的水平振动影响不大,而会造成结构竖向动力响应放大。桩体在水平振动表现为弯曲变形,变形主要集中在上部,在竖向振动中则表现为整体振动。     

既有建筑整体顶升过程中的动力分析

以上海市文物保护建筑华东医院南楼为例,通过数值模拟方法,进行整体顶升过程中的动力分析,并对比上部结构构件的动力响应模拟结果和监测数据。结果表明:采取特定顶升同步控制策略下的顶升加速度时程,表现为具有较短持续时间的时程波段的周期性重复;上部结构构件的动力响应较小,结构顶升偏于安全;有限元模型可以在较大程度上反映顶升过程中的真实的结构动力响应。分析结果为既有建筑整体顶升过程中的动力分析提供了一种思路,可供类似项目参考。     

刚性桩复合地基体系中褥垫层减震效应研究

基于上海7度设防烈度规范标准反应谱生成人工地震波，选取一软土场地中的10层混凝土框架结构为例，利用通用有限元分析软件ABAQUS进行刚性桩复合地基-筏板基础-上部结构体系和桩筏基础-上部结构体系的建模及动力时程分析，对比在6度、8度罕遇地震作用下主要受力构件（桩体和上部结构）的动力响应，归纳刚性桩复合地基体系的抗震特点。结果表明，复合地基体系中，褥垫层表现出较好的减震作用，桩基内力包络值明显减小，而位移仅略有增加；上部结构水平加速度、水平位移、层间位移及内力响应均明显减少。可见设置褥垫层的抗震性能优于不设置褥垫层的情况，且大震效果更优。     

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。