高层建筑上部结构桩-土共同作用下随机地震响应分析

本文对高层建筑上部结构在桩—土共同作用下的地震响应进行了研究。利用Bouc—Wen滞回模型构造了便于数值分析的上部结构在共同作用下的复合运动方程，并给出了系统状态变量的响应表达式。算例分析结果表明：在桩—土共同作用下，上部结构将有效地减少地震作用，它随着地基土的软弱程度的增加反映出更加明显。     

多向地震作用下土-框筒结构动力响应试验研究与数值模拟

为研究土—框筒结构动力相互作用体系在多向地震作用下的动力响应,对20层框筒结构的土—结构动力相互作用(SSI)模型和刚性基础(FB)模型分别进行了多向地震作用的振动台试验。通过试验数据的模态识别,分析了SSI和FB两种模型在不同工况下的固有频率、阻尼比和振型的差别。将不同烈度地震作用下SSI模型上部结构水平方向的峰值加速度、最大层间位移、最大层间位移角以及最大动应变进行对比,分析了单向水平和多向地震作用下SSI模型水平方向动力响应的差别;通过对比SSI和FB两种模型在多向地震作用下上部结构的竖向峰值加速度和层间位移,分析了土对结构竖直方向动力响应的影响;采用有限元软件ANSYS对试验模型和工况进行数值模拟,验证了试验结果的可靠性。研究成果可为框筒结构高层建筑的抗震性能研究提供参考。     

可液化砂土中单桩地震响应的振动台试验研究

通过小型振动台动力模型试验,观测了饱和砂土中桩—土—结构（PSSI）在模拟地震力作用下的动力响应。研究结果表明：超静孔隙水压力在振动过程中不断增长,不同深度的土层均达到液化,并且离土面越近越先达到液化;土层的液化伴随着桩侧摩阻力的大大减弱,上部结构物的大部分荷载由桩底较硬持力层土承担,桩基的竖向承载力降低,上部结构的沉降量加大。同时在地震力的作用下PSSI效应加大了底层上部结构的地震反应。本研究加深了对饱和砂土在地震力作用下PSSI效应的理解,有助于建立或优化可液化土中桩基抗震设计方法。     

关于地震影响系数的讨论

按我国现行建筑抗震设计规范ＧＢＪ１１－８９和上海市建筑抗震设计规程ＤＪＢ０８－９－９２，截面抗震验算的水平地震影响系数最大值６度区取０．０４，７度区取０．０８，与国际通用的地震影响系数最大值定义不同，常易引起误解，且不同的结构以同一折减系数，将导致完全度不一致，更值得注意的是，我国设计规范是以按规范设计的建筑遭受设防烈度的地震影响时结构可能损坏，经一般修理或不需要修理即可使用；当遭受高于本地区设防     

群桩(土)-承台-结构的动力相互作用分析

基于共同作用理论,在导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程的基础上,利用桩-桩动力相互作用因子法获取了群桩的动力阻抗,对水平地震作用下群桩-土-上部结构的反应特性进行了较全面的分析。着重讨论并估计了群桩抽桩布置于体系动力反应的影响,通过数值计算分析,取得了一些有价值的认识,并认为受水平地震力作用桩承结构也可借鉴考虑竖向上、下部共同作用沉降优化的理念和思想来进行抽桩设计。     

基于小波包能量的地基土对框筒结构地震损伤影响试验研究

为获得地基土对高层框筒结构地震响应的影响,建立了固定基础体系和土-结构相互作用体系两种振动台试验模型。通过振动台试验,获得了两种试验模型在不同烈度地震作用下各楼层的加速度时程,以及地震前后白噪声扫频数据;首次从小波包能量角度出发,对比分析了两种试验模型在不同工况作用下上部结构的能量分布、振动基频变化以及易损伤部位的差别;研究结果表明:相比刚性基础体系,地基土能够显著降低上部结构所吸收的地震能量和振动基频,改变结构的能量分布和易损部位;研究成果可为高层框筒结构的抗震性能研究提供参考。     

桩土共同作用对抗震计算的影响

通过不同程度的考虑桩土共同作用来验算桩土共同作用在桥梁抗震计算过程中的影响，通过模型计算和数据分析，正确认识和判断桩土共同作用的影响，获取相对准确的抗震计算模型。     

地震作用下起重机对高桩码头的动力响应影响

目前,针对高桩码头响应的研究大多数未考虑上部起重机结构,或将起重机结构简化为集中质量,针对起重机-码头结构相互作用缺乏精细化模拟。基于开源有限元数值计算平台OpenSees,建立起重机-码头三维有限元模型。结合起重机固有振动特性,对有/无起重机的高桩码头动力响应进行对比分析,研究了地震作用下起重机对码头结构响应的影响。研究结果表明:起重机模态分析显示起重机的动力行为主要表现为腿部与门架结构以及前后大梁的摆动;起重机的存在改变了下部码头结构的内力分布和内力最大值出现的位置,这将改变码头结构的破坏模式;起重机对桩剪力和弯矩最大值的影响与地震时刻相关。研究成果对起重机-码头结构相互作用体系地震反应与抗震技术研究具有重要理论意义与应用价值,可为类似体系数值模拟提供借鉴与参考。     

宜宾长江公路大桥斜拉桥抗震性能评价

采用单梁式有限元模型对宜宾长江公路大桥斜拉桥的动力特性和地震响应进行了计算,考虑了桩-土相互作用和群桩效应,采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了地震反应的对比分析。计算结果表明:桥梁结构的抗震性能满足要求;抗震结构体系采用弹性索梁-塔连接体系是合适的,还可进一步降低弹性索刚度或者采用弹性索+阻尼器体系来减小桥梁地震反应;建议大跨度斜拉桥应该采用反应谱法和时程分析法同时计算,结构内力和变形以这两种方法计算结果的较大值作为抗震设计的依据。     

离岸深水全直桩码头的地震损伤分析

全直桩码头作为离岸深水海域广泛应用的一种高桩码头结构形式,其抗震性能和地震损伤破坏机理尚未被掌握。采用集中参数模型和附加质量法分别考虑桩-土相互作用和地震动水压力作用,应用纤维单元模型进行全直桩码头结构的地震损伤分析,并定义了基桩构件损伤准则和结构整体损伤准则。对一榀全直桩码头进行了强震作用下的损伤分析,结果表明全直桩码头结构在不同土层间和土与水间的交界处以及基桩顶部位置的基桩损伤较大,达到严重损伤程度;随着土层剪切波速的减小,结构的地震损伤指数明显增大,并且改变土层剪切波速会明显影响基桩的损伤分布模式;当剪切波速为100 m/s时,水深变化对码头地震损伤影响基本可以忽略;当剪切波速为400 m/s时,随着水深增加,结构地震损伤指数明显增大。     

考虑桩-土-结构相互作用的结构振动控制研究

在Penzien模型的基础上,建立了考虑桩-土-结构相互作用(PSSI)的计算模型,推导了其主动控制方程,分析了PSSI对结构控制的影响,以及土与结构各种主要参数对控制效果的影响。分析结果表明:考虑PSSI,结构地震响应有所加大,控制效果有所降低,最大控制力增大;在一定范围内,土的剪切波速、桩的截面惯性矩以及上部结构的基本周期对结构的主动控制有着显著的影响。     

考虑SSI三种效应的桩基础RC梁式桥抗震性能评估方法研究

桩-土-桥动力相互作用是桥梁抗震研究的热点和难点问题,需合理考虑地基土柔度效应、运动学效应及阻尼效应的影响。本文采用基于性能点轨迹法的结构非线性静力分析方法,引入FEMA440针对土-结相互作用运动学效应、地基阻尼效应的地震动需求谱修正算法,探讨建立综合考虑桩-土相互作用三种效应的桩基础RC桥梁的抗震性能评估方法。以某高速公路RC连续梁桥为算例,分别以三种设计谱及相应的人工波为输入进行非线性静、动力方法验算对比,两个水准下的计算结果表明本文建议方法在补充考虑后两种效应后,地震响应略小于以考虑第一种效应为主的动力时程法,所建议方法能用于有效评估桩基础桥梁在预期地震需求下的抗震性能。     

基于响应面法的复式钢箱提篮拱地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了复式钢箱提篮拱桥在地震激励下,结构设计基准期内的可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了钢箱提篮拱桥主、副拱肋在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了主、副拱肋在设计基准期内,按规范“三水准设防标准”条件下的地震可靠度。计算结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。     

地震激励下桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响

为探讨桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响,以桩-土-结构耦合系统为研究对象,建立三维非线性有限元模型。采用Drucker-Prager非线性土体本构模型,利用罚函数法实现桩-土-结构界面间的非线性耦合作用,引入无反射边界条件,并考虑重力因素,得到了水平和竖直方向组合地震激励下桩-土非线性相互作用对桩基地震响应的影响。结果表明,考虑桩-土接触非线性,桩基的加速度响应峰值减小,桩土之间出现明显的分离现象,桩基剪力和弯矩峰值有所增加。通过对桩基轴力的校核,桩基不承受拉力,不会发生拔桩现象。     

土钉边坡支护结构动力计算方法研究

基于均匀土层的剪切梁理论,得到了边坡在水平地震作用下的动力响应。根据土钉本身质量很小,将土钉受到的惯性力忽略。其在压力注浆后形成“狼牙棒”与周围土体一起运动,运动受周围土体控制,其破坏取决于土钉所能承受的变形大小,而并非惯性力,因此将土钉简化为一维无质量的弹性杆,通过变形协调和虎克定律得到了土钉轴力地震响应。将提出的计算方法应用于一个工程案例,进行了地震动力分析与抗震验算。为了验证提出的计算方法的合理性,通过ADINA软件进行了对比分析,结果表明这种计算方法对土质较均匀的边坡动力抗震设计和分析是安全、可靠、合理的。这种计算方法给土钉支护结构的地震分析及抗震设计提供了理论依据。     

高速铁路简支梁桥地震反应特性研究

近年来高速铁路建设方兴未艾,地震作用下的高速铁路桥梁动力响应问题日益引起公众及研究者关注。基于有限元法,建立了高速铁路多跨简支梁桥的杆系单元全桥空间分析模型和单墩实体模型,利用有限元软件及弯矩-曲率关系程序,计算了不同地震强度、不同地震荷载组合下高铁桥梁在是否考虑桩土作用、不同车速以及不同墩高等工况下的弹塑性地震反应,分析了不同参数影响下的地震反应特性。计算与分析结果表明: 地质条件较好的情况下,桩土作用对地震响应的影响较小,可以采用简化方法考虑桩土作用;随着地震强度、车速和墩高等参数的增加,桥梁动力响应相应增加;地震波频谱特性对结构地震响应影响较大;桥墩在罕遇地震作用下会进入弹塑性状态,塑性铰在墩底形成,应加密墩底横向钢筋以保证其塑性变形能力。     

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。     

考虑桩-土相互作用的连续刚构桥车桥耦合振动分析

针对某高速铁路上一座位于软弱地基处的连续刚构桥,为研究考虑桩-土相互作用对上部结构和车辆动力响应的准确影响,避免由于桩顶横向位移和弯曲的耦合作用带来的误差,建立包含桩基础的整体桥梁模型(全桩模型),对比以往常用的墩底固结模型和在承台底施加弹簧约束的模型(等效刚度模型)。计算分析了三种模型的自振特性,使用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分别进行动力仿真分析。对比分析表明：考虑桩-土相互作用对桥梁横向振动有较大影响,其中横向动位移显著增大,最大误差达31%,而横向加速度降低;全桩模型由于考虑了桩土相互作用以及横向位移和弯曲的耦合作用,比墩底固结模型和等效刚度模型要合理;高速铁路桥梁位于软弱地基处且具有高桩承台时,应采用考虑桩-土-上部结构动力相互作用的有限元模型进行车桥动力仿真分析。     

某半敞开式地铁车站抗震分析

本文分析的地铁车站形式为一侧覆土，一侧敞开，抗震分析较为复杂。本文对土与结构共同工作模型进行了非线性分析，采用场地土实测参数，考虑结构影响范围内的土体的弹塑性性能。计算中采用平面受力模型，分析了场地的震陷，用反应谱法和时程分析法了结构在地震作用下的内力和变形。本文结果已被实际工程采用。     

考虑墙体作用的低层冷弯薄壁型钢轻型房屋住宅体系弹塑性动力分析

低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的抗震性能是进行该类结构推广应用的关键。该文基于ANSYS软件建立了该类结构体系的数值模型,在考虑冷弯薄型钢构件及门窗洞口加强与否、考虑组合墙体作用与否等情况下,分别进行了设防烈度为7度时常遇地震下的静力分析和弹性时程分析和设防烈度分别为7度、8度和9度时罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:常遇地震作用时结构弹性层间位移由风荷载控制,罕遇地震作用下结构弹塑性层间侧移则由地震作用控制;是否考虑组合墙体及墙面板材料特性对结构承载力、变形及抗震性能影响显著。在设防烈度分别为7度、8度和9度时的罕遇地震作用下,考虑组合墙体时结构最大弹塑性层间位移角可满足现行抗震规范(GB50011-2010)要求,双面OSB墙面板且角柱进行加强时抗震性能最好。该文结果可为进一步进行此类结构体系的抗震性能研究及应用提供参考。