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.     

基于均匀调制随机模型的土与结构相互作用体系地震反应分析

通过假定土与结构相互体系受到均匀调制随机激励,把地基土作用转化为凝聚在基础边界上弹簧阻尼器,对相互作用体系进行了地震反应分析,得到了其时变均方根响应和响应演变谱。这一方法基本上反映了地震动的实际过程和结构体系响应的特性,不失为一种计算结构体系随机反应的有效算法。     

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。     

SSI体系Pushover分析方法的研究

刚性假定的结构体系的Pushover分析方法已日趋成熟,但对于考虑土与结构动力相互作用(SSI)体系的研究和应用还很少。由于土与结构动力相互作用的复杂性,使得其非线性动力分析难于应用于工程实践,尚处于科学研究阶段。寻求一种相对简单的土与结构相互作用体系的非线性地震反应分析方法是目前需要解决的课题之一,基于能力谱法的Pushover分析方法为此问题的解决提供一条有效的途径。本文根据土与结构相互作用体系的经典模型,推导了一种等价的单自由度体系,基于这种等价体系提出了一种基于能力谱法的土与结构相互作用体系的Pushover分析方法,并与时程分析结果进行了比较,结果表明这种方法可以很好地预测土与结构相互作用体系的地震反应。     

高层建筑土-结构相互作用地震反应分析简化评估方法

选择不同高度、不同结构类型和不同场地条件的位于厚和深厚地基土层上的10栋典型钢筋混凝土高层建筑,通过考虑土-结构相互作用对高层建筑地震反应影响的分析,在地震动输入、自振特性、相互作用影响因数、体系地震反应等方面得到了一些具有实用价值的关系式,在此基础上,给出了一种以结构与土层第一周期系数αT为指标的高层建筑土-结构相互作用地震反应分析简化评估方法。该方法无需进行复杂又费时的高层建筑土-结构相互作用分析,仅利用简单省时的结构和土层反应分析结果,就可估计出高层建筑土-结构相互作用体系的反应,可用于高层建筑考虑土-结构相互作用地震反应的初步估计。     

基于随机振动框剪结构抗震侧移分析

采用了功率谱函数加速度模型,并取相关参数绘制了其曲线,输入到SAP有限元软件所建三维模型中,分析出模型地震各层侧移值.用等刚度框剪结构的协同工作下的侧移分析进行验证计算可知,针对节点数多,频率密集的空间结构采用随机振动法对其在地震作用下的随机反应进行分析是合适的.利用功率谱模拟计算结构可方便快捷得到结构的变形趋势.     

汉江特大桥地震反应分析

利用Ansys建立考虑桩-土相互作用的老河口汉江特大刚构桥模型,进行模态分析,得到该桥的动力特性.然后采用标准反应谱作为输入谱曲线,对该桥分别进行纵向、横向和竖向的地震反应分析,并且对该桥进行地震动态时程分析,分析其抗震性能.计算结果表明,本桥能够满足抗震要求.     

成层场地由基岩反应谱直接计算地表反应谱的等效线性化方法

以太平洋地震工程中心NGA强震数据库为基础，同时收集并分析处理了2008年汶川地震和2011年日本太平洋冲地震的强震记录。通过对近4000个水平地震记录的分析，获得了水平地震动峰值速度(PGV)与阻尼比5%的最大拟速度谱值的简便统计关系式，并与已有研究进行对比验证了该公式的适用性。为了将该公式应用到场地地震反应分析中，用该关系式对近场强震记录进行了回归分析并验证了其适用性。对于水平成层场地，利用笔者提出的PGV与最大拟速度谱的关系式以及速度与应变的近似关系，可由该层的反应谱计算其等效应变，从而可按照等效线性化方法的原理求得传递函数。以加速度反应谱与功率谱密度函数之间的相互转换关系为基础，以功率谱为载体，假定输入地震动为平稳随机过程，根据随机振动理论可由传递函数和输入功率谱算得各层的反应谱。对实际工程场地和竖向钻孔场地的分析表明，该方法有较好的计算精度和适用性。     

土-结构非线性相互作用体系演变随机过程响应分析

在假定结构体系受到非均匀调制的演变随机激励基础上,考虑到地震动强度和频谱非平稳特性,应用等效线性化方法分析了土-结构相互作用体系在演变随机激励下的响应演变谱和时变均方根响应,给出了一种实用计算方法,再通过示例叙述了此方法的实施过程。计算结果表明,地震动频谱非平稳特性对非线性相互作用体系响应有较大的影响。     

考虑土-结构相互作用的黏弹性减震结构失效概率的参数化分析

基于基础阻抗与黏弹性阻尼器频率相关的动力特性,在频域中建立了考虑土-结构动力相互作用的黏弹性框架减震结构的动力模型,采用随机振动理论对结构体系进行抗震研究。考虑地基-土体运动相互作用对输入地震动的影响,对自由场地功率谱进行修正得到了基础底部水平有效输入功率谱和回转有效输入功率谱。以结构层间位移角作为控制参数,基于首次穿越原则,定义了结构的失效概率。根据工程实例选取了10层及20层典型框架结构体系,数值分析了结构在不同初始附加阻尼比、基础埋深比及土体剪切波速下的随机地震反应及其失效概率。研究表明,随着土体的变软,阻尼器对结构层间位移角的控制效果将有所减弱,对于高宽比较大的20层结构,其控制效果的下降幅度更为明显。对于软土地基上高层建筑的消能减震设计,SSI效应的影响不容忽视。     

Equivalent linear stochastic seismic analysis of cylindrical base-isolated liquid storage tanks

Seismic performance of cylindrical liquid storage tanks base-isolated by bilinear bearings is investigated. The paper displays a stochastic parametrical study in which three design parameters, namely isolation period, yield strength and viscous damping ratio, characterizing the isolation system are taken into consideration. The earthquake excitation, modeled as a stationary random process, is characterized by a power spectral density function calculated via a compatible seismic design spectrum. The stochastic response of the base-isolated cylindrical tanks is obtained by the convolution between the frequency response function of the system and the input power spectrum. To determine effective damping and stiffness coefficients corresponding to the equivalent linear system a statistical linearization scheme was used. For the purpose of evaluating the seismic behavior under different conditions, two liquid levels (aspect ratios) and soil types (soft and stiff soil) were considered.Thus, the study demonstrates the influence of each characteristic parameter of the isolation system and soil conditions on the response of cylindrical base-isolated tanks and principally allows visualizing the seismic performance that can be achieved through the selection of those parameters under certain soil conditions. Further, it is confirmed that soft soil conditions amplify the overall response of the system specially the base and sloshing displacements, as well as the normalized base shear to a lesser extent.     

土-结构动力相互作用分析中基于内部子#br# 结构的地震波动输入方法

合理有效的地震波动输入是进行土-结构动力相互作用分析的关键环节,文章基于波动法理论,提出一种新的基于内部子结构的地震波动输入方法。新方法中等效输入地震荷载由计算模型内部截取的子结构的动力分析直接获得,从而使地震波的外源输入问题转化为内源波动问题。与波动法和基于人工边界子结构的地震波动输入方法相比,内部子结构法有效提高等效输入地震荷载求解和地震波动输入的效率;同时在地震波动输入的过程中避免人工边界的参与,从而彻底摆脱以往地震波动输入方法对于人工边界条件的限制,因此该方法更具普适性。文章详细介绍了基于内部子结构的地震波动输入方法在土-结构动力反应分析中的实现方法,并通过地震波斜入射下的自由场算例与土-结构动力相互作用算例,验证新方法的有效性。     

基于高斯函数的完全非平稳地震动多峰模型及其应用

地震动非平稳特征对非线性结构地震反应的影响不可忽视,并且地震动非平稳特征的准确描述对工程用人工地震波的生成也具有重要意义。在非平稳过程谱表现法的基础上,采用多个高斯函数叠加的包络函数对各频率分量进行调制,建立了一种更加符合地震动非平稳特征的多峰演变功率谱密度模型;基于广义谐和小波,利用Spanos-Tratskas方法计算实际地震动的演变功率谱密度,在预识别峰值相关参数的基础上采用遗传算法进行模型参数识别;选取KiK-net地震波数据库中近2 500条实际地表地震动记录,验证本模型的适用性,通过算例进行了实际应用。结果表明,所提出的多峰演变功率谱密度模型可以实现强度调制在各频率点的自适应性,特别是在中高频段能较好模拟地震动的多峰特征。通过基于高斯函数的多峰演变功率谱密度模型及其参数识别,将地震动的非平稳特征提取到模型参数中,使得地震动非平稳特性的研究可以通过对其参数的分析实现。所提出的模型可以为地震动非平稳特性的研究提供参考。     

地下结构抗震设计中的静力弹塑性分析方法

首先介绍目前地下结构抗震分析方法存在的主要问题,在借鉴地上结构静力弹塑性分析方法思想的基础上,提出一种适用于地铁等地下结构抗震分析与设计使用的静力弹塑性方法。详细介绍该方法的实施步骤与特点,给出水平等效惯性加速度的求解方法。该方法概念清晰、操作简单,能够在不需要计算相互作用系数的情况下较好地模拟土-结构之间的动力相互作用;能够进行结构在地震作用下的全过程分析,给出地下结构在输入地震波作用下的峰值变形与内力,避免对土-结构整体模型进行复杂的动力相互作用分析。结合实际工程与基于黏弹性静-动力统一人工边界的静-动力联合分析方法进行对比研究,验证地下结构静力弹塑性分析方法的可靠性及良好的模拟精度,可以应用于地下结构的抗震分析与设计中。     

工程结构抗震设计理论研究与探讨

全面系统地总结了国内外结构抗震设计研究的内容、特点和现状。重点从结构地震反应理论和土一结构共同作用两方面指出了目前研究中存在的缺陷和不足;从静力分析、反应谱法和动力分析方法探讨了现阶段的结构地震反应理论;此外,还探讨了现阶段土．结构相互作用的研究方法和研究方向。最后,本文针对我国颁布的多部行业抗震设计规范进行了比较,提出了统一抗震设计方法和参数取值的观点,为今后新的抗震设计规范的编制工作提供理论依据。     

三维结构-地基动力系统高效算法精度问题研究

通过引入等效粘弹性边界将三维结构—地基开放系统转化为一个近似的封闭系统,结合振型叠加方法、波动输入方法,提出了结构—地基动力相互作用问题的高效算法。采用Lamb问题研究了高效算法的精度问题,并使用高效算法分析了地震作用下三维结构—地基系统动力反应。在地震作用下,高效算法可以在满足工程精度的前提下大大提高计算效率。     

考虑土-结构相互作用的桥梁脆弱性分析方法及其应用

将FEMA440考虑土-结构相互作用的能力谱方法与桥梁脆弱性分析相结合,提出能够综合考虑地基柔性效应、运动学效应和基础阻尼效应的桥梁脆弱性分析方法,再结合所统计的与我国桥梁抗震设计规范相容的强度折减系数谱,对某城市高架梁式桥进行脆弱性分析,建立相应的脆弱性曲线,并与非线性动力时程分析法和不考虑土-结构相互作用的脆弱性分析法所建立的脆弱性曲线进行比较。计算结果表明:所建立的考虑土-结构相互作用的脆弱性曲线与非线性动力时程分析的计算结果十分接近,而不考虑土-结构相互作用的脆弱性曲线则与实际情况有较大差距。可见,该方法可以较为准确地对考虑土-结构相互作用的桥梁结构进行脆弱性分析,这也验证了该法应用于我国桥梁结构抗震性能评估的可行性。