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、地震动水力和波浪力对柱体结构动力响应的影响。     

动力荷载作用下水-桩-土相互作用简化分析研究EI北大核心CSCD

针对近海结构单桩基础在动力荷载作用下发生复杂的水-桩-土相互作用问题,建立了三维水-桩-土全耦合动力有限元分析模型。土体、桩和水体分别采用实体单元和声学单元模拟,土体截断边界采用滚轴边界条件、水体截断边界采用无反射吸收边界条件,并确定了合理的截断边界位置;以全耦合分析模型计算结果为参考解,系统研究了四种动荷载作用下水-桩不耦合(两者界面自由)和水-土不耦合(两者界面自由)对桩体和海床表面位移和动水压力响应的影响,揭示了不同水深和桩体半径变化下不考虑两种相互作用的影响规律。     

多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究

研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。     

桩-土-结构相互作用对高层建筑风振舒适度的影响

推导了脉动风荷载作用下考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑顺风向风振加速度响应的计算公式，通过算例说明桩-土-结构相互作用对结构顺风向风振加速度响应有明显的影响。一般而言，各参数变化对加速度响应的影响的幅度不同，在土中阻尼较小时，考虑相互作用后，结构的加速度响应要比不考虑桩-土-结构相互作用时大，即考虑了桩-土-结构相互作用后有可能增加结构风振时的不舒适度。因此，在高层建筑的风振舒适度设计中应当特别考虑到桩-土-结构相互作用的影响。     

土体-博物馆-展柜-文物全系统中地震传递规律研究EI北大核心CSCD

为得到作用在文物上真实的地震动特性,建立土体-博物馆-展柜-文物全系统模型和刚性地基(博物馆-展柜-文物)全系统模型,选取3条地震波调幅进行时程分析,通过加速度、位移和文物转角等参数分析考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)的影响。以Ⅱ类场地为例,分析考虑土-结构相互作用下从土体到文物的震动传递规律,为判别文物在地震作用下的安全性提供更加准确的数据支持。结果表明:对结构而言,考虑SSI使算出的地震响应偏小。对展柜和文物而言,小震下考虑SSI使算出的地震响应偏小。但在中震和大震作用下,考虑SSI效应时展柜和文物的响应存在较多比刚性地基响应大的情况。基于保护文物的角度,在地震分析尤其是大震分析时应考虑SSI的影响。对Ⅱ类场地和4层钢筋混凝土框架结构,考虑SSI影响,在地震波从土体传递到文物这一过程中,大震下结构进入塑性,文物的动力放大系数最大值为5.70(含土体、结构、展柜的动力放大系数),最大滑移量129.69 mm,出现倾覆现象。各个传递环节频谱成分均有一定差别,结构、展柜及文物都会对地震波频谱产生影响,分析时应将每部分的影响都考虑进去。     

考虑土-结构相互作用的核电厂楼层反应谱研究

楼层谱是核电厂设备、管道抗震设计和抗震裕度评估的重要依据。为了研究不同烈度下场地土对核电厂楼层谱的影响,该文使用叠层剪切土箱模拟土体及其边界条件,对某新型核电厂房进行1∶25缩尺模型地震模拟振动台实验。选取10组水平加速度地震动记录,按照运行安全地震动(OBE)0.15 g、极限安全地震动(SSE)0.30 g和超设计基准地震动(ULE)0.75 g作为输入。在考虑土-结构相互作用条件下,研究不同地震动强度引起楼层谱的变化规律,并对《核电厂抗震设计规范》中楼层谱确定方法的输入基准地震动进行讨论分析。根据设备响应比分析,揭示了现有核电设备抗震裕度评估方法具有一定的保守性,特别是设备响应比为1/1.5~1.5,采用现有抗震裕度评估方法得到的设备抗震裕度可能小于审核地震动。为了得到该设备的真实抗震裕度,建议对这些设备做更详细分析。     

土-建筑群动力相互作用的数值模拟

针对土与建筑群的动力相互作用问题,该文建立了土与结构动力相互作用研究的被研究块体模型,给出一种处理建筑群与地基动力相互作用研究的波动数值方法。该方法便于研究城市中建筑群的地震响应。数值模拟结果表明:城市中建筑群的存在会使地震地面运动响应出现长尾波现象,竖向地震作用对结构的水平地震响应影响很大。     

结构-土相互作用体系的地震作用取值——基于规范地震动模型的复模态时域法

对多自由度结构-土相互作用体系基于规范地震动模型的复模态时域法的地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程，针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况，用复模态法解耦，然后采用与新抗震规范地震动参数一致的Clough-Penzien非平稳随机地震动模型进行随机地震响应分析，获得了体系相对位移方差的时域解。从而可得等效平稳化方差及其峰值，由此便可以得到结构的地震作用取值。晟后，通过一个例子来说明结构-土相互作用体系的地震响应和地震作用取值的计算方法，同时给出了由规范的反应谱法得到的基础固定结构的各质点位移和地震作用取值。     

基础提离对核电站结构地震响应的影响分析

当地震足够大时结构基础将会与下卧地基土发生分离,即所谓的基础提离现象。但该现象在常规的土-结构相互用(SSI)的地震响应分析中常常被忽视。核电站结构(NPP)由于特殊性,其设计地震强度一般较大,因而有可能发生基础提离现象。本文基于某简化核电站结构,利用大型通用软件ANSYS的接触面功能和弹簧单元,分别进行了四种工况的计算：（1）基础固定;（2）考虑基础提离,不考虑土-结构动力相互作用效应;（3）不考虑基础提离,但考虑土-结构动力相互作用效应;（4）同时考虑基础分离和土-结构动力相互作用效应。通过对比分析,确定合适的土-结构动力相互作用计算方法以及基础提离对核电站结构地震响应的影响。计算分析表明：（1）土-结构相互作用对核电站结构地震响应的影响不容忽视;（2）基础提离主要影响核电站结构竖向地震响应,而对结构水平向地震响应的影响较小。本文研究成果可为核电站结构的抗震分析提供参考。     

土-相邻结构相互作用子结构振动台试验研究

以土-相邻结构体系和土-单体结构体系为研究对象,依托振动台并融合子结构试验技术,通过在试验中引入分支模态方法,利用多子结构间的相互作用耦合项把地基子结构的数值计算和上部模型结构的物理试验联系起来协同分析,实现了考虑土-相邻结构相互作用(SASI)效应和土-结构相互作用(SSI)效应的子结构振动台试验。以由两个相同四层钢框架结构与地基土组成的土-相邻结构体系为例,讨论了模型结构的加速度放大系数在各地震动作用下的变化规律;对比分析了土-单体结构体系和土-相邻结构体系中模型结构的顶层位移、加速度和底部剪力,研究了SASI效应对结构动力反应的影响规律。研究表明:与土-单体结构体系相比,SASI效应使结构的地震响应峰值呈现出不同程度的下降趋势,其影响程度和地震波的频谱成分组成以及体系自身的动力特性有关。     

中间隔震层位置变化对混合被动控制体系控制效果影响的试验研究

提出了一种分段隔震结构与相邻结构连接耗能的新型混合被动控制体系。与单一的减隔震体系相比,这种新体系将隔震与阻尼器耗能结合在一起,对不同频域地震动具有较强的鲁棒性。通过振动台试验输入不同频域的地震动,研究了分段隔震结构中间隔震层位置变化对隔震效果的影响。最后将有限元数值模拟与试验结果进行了对比。研究表明：长周期地震波对隔震结构的位移、加速度的影响相较于其他频域地震动更为显著,会使隔震支座超限的可能性增大;中间隔震层位于结构竖向靠中部位置时结构整体动力响应最小;混合被动控制体系可以有效解决高层减隔震结构目前所存在的位移超限、结构整体倾覆等问题,对不同频域地震波激励下的结构响应均有更为优越的控制效果。     

地震作用下水-轴对称柱体相互作用的子结构分析方法

针对水-轴对称柱体动力相互作用问题,提出了一种地震作用下水-结构相互作用的时域子结构分析方法.基于三维不可压缩水体的波动方程和边界条件,利用分离变量法将其转换为环向解析、竖向和径向数值的二维模型;基于比例边界有限元推导了截断边界处无限域水体的动力刚度方程,并将水体内域有限元方程和人工边界处的动水压力进行耦合,从而得到结...     

考虑土-结构相互作用的大跨度连续刚构桥振动台阵试验研究

土-结构相互作用(SSI)对软土地基上桥梁结构地震响应的影响不可忽略, 研究SSI效应对提高桥梁结构抗震安全性十分重要。通过对一座1∶10比例的三跨连续刚构桥模型的振动台阵试验, 系统分析了SSI效应对大跨度连续刚构桥地震响应的影响规律。研究表明:SSI效应使振动台台面地震动的峰值和频谱特性发生较大变化;剪切波速和上覆土层厚度是影响SSI效应的重要因素;SSI效应会增大桥梁结构的位移和应变响应, 其影响程度与地震动的频谱特性和桥梁结构-地基体系的固有特性密切相关;实时耦联动力子结构试验技术是进行桥梁结构考虑SSI效应的振动台试验的有效方法。     

土-箱基-框架结构动力相互作用大比例模型野外试验研究

通过野外大比例(1∶2)结构模型动力试验,研究了土与箱基及框架结构动力相互作用。分别用脉动和牵引释放法测试了试验模型的自振频率及阻尼比,通过三维有限元计算理论值与现场实测值的对比发现,考虑土-结构动力相互作用(SSI)时模型自振频率比不考虑SSI作用时模型第一阶自振频率最大降低8.5%。从牵引释放试验中基础测点和地面测点速度频谱对比可以发现,地面测点振动以纵向运动为主,并且与土体特征频率接近的高频分量得到加强。由近场地面爆破振动试验可知,对于高柔框架结构,其顶部速度反应主要是由基础转动引起的摇摆分量组成,上部结构弹性变形次之,基础平动分量最小。试验为进一步研究具有埋置基础的土-结构动力相互作用提供了计算实例和丰富的试验对比数据。     

地下空间结构对邻近地上结构地震反应影响振动台实验

大型地下空间结构影响地震波的传播使邻近地震动场发生变化.为研究地上结构地震响应受地下空间结构的影响程度,设计并开展了地下结构-土-地上结构体系(SSSI)和土-地上结构体系(SSI)振动台模型实验,对比研究了在6条不同卓越频率输入地震波下地上结构地震反应的变化规律.实验研究结果表明:地下空间结构影响邻近场地的动力特性,...     

跨越地裂缝框架结构振动台试验及数值模拟研究

为研究地震作用下跨地裂缝框架结构的破坏机理和地裂缝场地的动力响应规律,以西安地裂缝f4为背景,根据模型相似关系,对跨越地裂缝框架结构进行了缩尺比为1∶15的振动台模型试验。同时采用有限元软件ABAQUS建立了地裂缝场地土和上部结构共同作用计算模型。通过计算结果与试验结果的对比,表现出较好的一致性,验证了数值模拟分析方法的可行性。分析结果表明:地裂缝场地对土层加速度有放大效应,在靠近地裂缝的上盘处放大作用最为明显;地裂缝场地对框架结构的动力响应有较大影响,且上盘对结构的影响大于下盘;结构的破坏与地震波的类型和强度有关。研究成果为跨越地裂缝结构设计提供了参考。     

近断层钢筋混凝土框架结构地震倒塌机制分析

由于近断层地震动的特殊性,近断层混凝土结构的损伤倒塌较一般地震动下更为严重,其损伤过程和倒塌机制也更为复杂。采用改进的拆除构件法,对抗倒塌分析中传统的拆除构件法进行了改进,并结合近断层地震动下混凝土框架结构的反应特征,建立了典型10层钢筋混凝土框架模型,通过设置12种拆除工况,选取3条简谐波和3条实际近断层地震记录作为结构输入,进行动力弹塑性时程分析,研究了钢筋混凝土框架在近断层地震作用下的倒塌机制。研究表明,底层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较大,中、上部楼层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较小;框架柱不对称损伤对所在楼层层间位移的影响大于对称损伤的影响,角柱损伤的影响大于边柱损伤和中柱损伤的影响;即使结构的损伤部位不同,但也可能具有相同的倒塌模式;采用与结构基本周期相接近的简谐波作用能够从总体上模拟结构的整体倒塌模式。     

典型地震动作用下长周期单自由度体系地震反应分析

通过单自由度体系典型地震反应分析探讨长周期结构的类共振及瞬态效应问题。远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动是导致长周期结构发生类共振的两类长周期地震动,而目前对此两类地震动特性以及地震反应的对比分析尚不多见。首先,通过卓越频率与能量时间分布系数对比分析,研究了长周期地震动能量时频分布特性,结果表明：两类长周期地震动的能量均集中在较低频段,且远场类谐和地震动的能量集中频段略低于近断层脉冲型地震动;近断层脉冲型地震动与普通地震动的能量在时域内分布较远场类谐和地震动集中。然后,进行了弹性反应谱对比分析,结果表明：在长周期段,远场类谐和地震动与近断层脉冲型地震动的加速度反应、速度反应、位移反应和输入能量均大于普通地震动,且速度反应、位移反应与输入能量的放大程度明显高于加速度反应;远场类谐和地震动的各反应明显大于近断层脉冲型地震动,且衰减更为缓慢。最后,提出瞬态效应的概念,并进行了实际地震动作用下的瞬态效应分析,结果表明：瞬态效应是地震动高频成分的固有属性,但不足以引起长周期结构的瞬态位移破坏。建议在对长周期结构进行抗震设计时,需要重点考虑两类长周期地震动引起的类共振问题,而不需要考虑瞬态效应。     

近断层速度脉冲对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响

在加速度反应谱一致的前提下,研究了近断层速度脉冲的工程特性。首先,构造两组加速度反应谱一致的地震动时程:第一组时程为实际强震观测记录且含有明显的速度脉冲;第二组时程为以第一组时程的反应谱为目标谱合成的模拟地震动时程,在合成过程中,利用窄带时程叠加法,通过控制峰值速度可以使得这些时程不再含有速度脉冲。其次,通过分析钢筋混凝土框架结构在这两组输入地震动作用下动力响应的差异,研究了在加速度反应谱一致的前提下,速度脉冲对结构地震反应、尤其是弹塑性地震反应的影响。分析结果表明:对于层剪力、层间位移、各层最大位移等结构动力响应参数,当结构地震反应进入弹塑性阶段后,与不含速度脉冲地震动作用下的反应相比,在含有速度脉冲的地震动作用下,结构的反应有较大幅度的增大,尽管这两组输入地震动的加速度反应谱相同;在这种情况下,加速度反应谱将不能充分地体现出速度脉冲对结构地震反应的影响。     

长周期地面运动和SSI效应对风机动力响应的影响

针对建设在软土地基上的大功率风机结构,需要同时考虑长周期地面运动和土-结构相互作用(SSI)的影响.为了全面研究长周期地面运动和SSI效应对风机塔筒结构动力响应的影响,首先基于某1.25 MW变桨距风机结构建立了包含叶片、机舱、塔筒和基础的结构整体有限元模型,并进行了模态分析.其次在世界地震记录数据库中选择了1条普通波...