不同土性的地基-结构动力相互作用振动台模型试验对比研究

通过结构-地基动力相互作用(SSI)体系的振动台模型对比试验,研究了不同土性的地基条件对动力相互作用效果和规律的影响。在试验现象方面发现,地基土越软弱,结构沉降和倾斜越大;不同土性条件下结构裂缝形态相似,但土越硬,裂缝出现越早,发展也越严重。在体系动力特性方面发现,SSI体系频率均小于不考虑SSI的结构自振频率,阻尼比大于结构材料阻尼比,但不同土性条件时由于土、基础、结构三者刚度比不同,SSI对动力特性的影响程度和机理存在差异。在地震反应方面发现,土越硬,加速度反应的峰值放大系数越大;加速度反应的主要组成成分和频谱特征是,土较软时以基础转动引起的摆动分量和平动分量为主;土较硬时以结构弹塑性变形分量为主。结果表明在不同地基土性条件下,结构-地基动力相互作用具有相似的规律,但其效果和机理存在差异。     

砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构动力相互作用研究

以砂卵石土动力特性三轴试验为基础,结合结构与地基动力相互作用理论,利用通用有限元软件ANSYS,模拟分析了砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构体系在地震作用下地震反应的主要规律：由于动力相互作用的影响,砂卵石土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构-地基相互作用的频率;基础存在平动和转动,致使相互体系与刚性地基上结构体系的顶层位移最大值和加速度有明显不同,地基土传递地震作用具有放大或减振的作用,这与地基土的性质、激励大小等因素有关,砂卵石土地基一般具有减振的作用,致使上部结构接受的地震能量较少,各层反应均较小;同时,基础的刚度对上部结构的地震反应也有明显影响.     

砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构动力相互作用研究

以砂卵石土动力特性三轴试验为基础,结合结构与地基动力相互作用理论,利用通用有限元软件ANSYS,模拟分析了砂卵石土地基-筏板-巨型框架结构体系在地震作用下地震反应的主要规律:由于动力相互作用的影响,砂卵石土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构-地基相互作用的频率;基础存在平动和转动,致使相互体系与刚性地基上结构体系的顶层位移最大值和加速度有明显不同,地基土传递地震作用具有放大或减振的作用,这与地基土的性质、激励大小等因素有关,砂卵石土地基一般具有减振的作用,致使上部结构接受的地震能量较少,各层反应均较小;同时,基础的刚度对上部结构的地震反应也有明显影响。     

考虑土-结构相互作用的双层柱面网壳结构三维地震反应分析

基于刚性地基假定的双层柱面网壳结构抗震计算方法未充分考虑场地土对其地震反应的影响.为验证土-结构相互作用对双层柱面网壳结构三维地震反应的影响,本文以一个48m跨度的双层柱壳为研究对象,分别建立基于刚性地基假定的柱壳结构及其考虑土-结构相互作用的三维有限元整体模型,研究对比了这两种结构体系的动力特性,并用时程分析法对其进行了三维地震反应分析与对比.结果表明,考虑土-结构相互作用后,双层柱面网壳结构的自振周期延长,振型发生变化;结构位移增大,部分杆件轴力增大.因此,对双层柱面网壳结构的抗震分析应考虑土-结构相互作用的影响.     

土–桩–隔震结构动力相互作用体系振动反应特性试验研究

软夹层地基条件必将会对隔震结构的隔震效率及其动力反应特性产生一定的影响。鉴于此,基于软夹层地基上基础隔震结构地震反应的振动台模型试验结果,对比分析了不同频谱特性和不同强度地震动作用下软夹层地基、基础隔震层和隔震结构的振动加速度反应特征,初步给出了软夹层地基上土–桩–隔震结构动力相互作用体系的振动反应特性及其规律。结果表明,试验设置的模型地基基本上能够反映软夹层地基的地震反应特性。同时,输入地震动频谱特性及其强度对软夹层地基上基础隔震层的隔震效率及其隔震结构的动力反应规律都具有明显的影响,造成上述影响的主要原因应为软夹层地基明显改变了输入地震动的频谱特性和强度,起到了天然隔震的作用,其具体影响规律和影响程度还需做进一步的深入研究。     

高层建筑物-桩筏基础-地基相互作用体系的计算分析

运用大型有限元软件ANSYS对相互作用体系建立三维有限元模型 ,进行动力特性和非线性地震反应分析。分析结果表明 ,桩土参与相互作用对上部结构地震反应有不容忽视的影响 ,且上部结构相对于地基刚度越大 ,共同效果越明显 ;结构的动力特性和地震反应不仅取决于结构本身的刚度 ,而且与地基特性 ,基础形式等有密切的关系     

软土地基上高层隔震结构模型振动台试验研究

通过对高层隔震结构模型在刚性地基和软土地基条件下进行对比振动台试验,研究软土地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界影响,采用粉质黏土作为模型土,考虑基底压力的相似,采用高宽比为4的5层钢框架作为上部隔震结构模型,设计了软土地基上高层隔震结构、非隔震结构以及刚性地基上隔震、非隔震结构的振动台试验模型。试验结果表明：土-结构相互作用（SSI）效应对隔震结构的影响程度较非隔震结构轻;SSI效应显著降低了隔震结构模型的自振频率、增加了体系的阻尼;软土地基上隔震结构能够有效减轻结构的地震反应,但是相对于非隔震结构的加速度反应比值增大,隔震效果降低;SSI效应可能增加也可能减小隔震结构的地震反应,不仅与地震动类型有关还与输入地震动强度相关;软土地基上高层隔震结构基础输入地震动与自由场地震动在反应谱水平上基本一致,采用自由场地震动确定基础输入地震动是可行的,且偏于安全,而非隔震结构基础输入地震动则与地基更深层的地震动接近。     

结构-设备耦合体系地震响应振动台试验研究

工业建筑中设备与结构存在复杂的动力相互作用,不同动力特性的结构与设备组成的耦合体系其地震响应也会发生变化。为了研究结构-设备耦合体系在参数变化时的地震响应和破坏过程,进行了三个耦合体系模型的振动台试验。模型由钢筋混凝土框架结构和钢结构单自由度振子组成。试验得到了结构-设备耦合体系在地震波作用下的动力特性、位移反应、动力放大系数、动应变和层间滞回耗能。分析了质量比和频率比参数变化对耦合体系地震响应的影响。研究表明,随着质量比的增大,结构地震反应增大,设备地震反应减小;随着频率比的减小,结构地震反应减小,设备地震反应增大。研究结果可为支承设备的结构动力设计提供参考。     

广义位移法在土-结构相互作用问题分析中的应用

对目前土 -结构相互作用的有限元法数值建模中的若干不足进行了评述。通过深入分析土 -结构相互作用的力学机制 ,指出 :在相互作用体系中 ,由于两者之间悬殊的刚度 ,接触界面上公共节点的位移将受到结构本身变形性态的影响 ,在假设接触界面变形协调的前提下即是要求这些点的位移都应服从结构体变形的位移模式 ;因此 ,土 -结构相互作用整体有限元数值模拟的关键在于如何较好地反映由于土中结构体刚度条件而导致的、对周围土体变形所施加的一种约束条件。针对桩 /板筏与地基土的两类土结构相互作用问题 ,根据梁、板的工程弹性理论分别建议了桩 /筏基础结构的广义位移模拟方法。     

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。     

Dynamic characteristics and seismic response of frame–core tube structures,considering soil–structure interactions

In order to study the dynamic characteristics and seismic response of high‐rise buildings with a frame–core tube structure, while considering the effect of soil–structure interactions (SSIs), a series of shaking table tests were conducted on test models with two foundation types: fixed‐base (FB), in which the superstructure was directly affixed to the shaking table, and SSI, consisting of a superstructure, pile foundation, and soil. To increase the applicability of the model to the dynamic characteristics of real‐world tall buildings, the superstructure of test models was built at a scale of 1/50. This simulated a 41‐floor high‐rise building with a frame–core tube structure. The mode shape, natural frequency, damping ratio, acceleration and displacement response, story shear, and dynamic strain were determined in each of the test models under the excitation of simulated minor, moderate, and large earthquakes. The SSI effect on frame–core tubes was analyzed by comparing the results of the two test models. The results show that the dynamic characteristics and seismic response of the two systems were significantly different. Finally, these results were verified by performing a numerical analysis on the differences in the seismic responses of the FB and SSI numerical models under various simulated seismic conditions.     

Shaking table testing of hard layered soil-pile-structure interaction system

Shaking table tests on a dynamic interaction system of hard layered soil, pile foundation and frame structure were carried out. The earthquake damage of the superstructure and foundation was reproduced. Based on these tests, several key issues about the seismic response of the dynamic soil-structure interaction (SSI) system were studied. The natural frequency of the system was less than that of the structure on rigid foundation if the SSI is not taken into account, while its damping ratio was larger than that of the structure. The mode shape of the system was different from that of the structure on the fixed base in that there were rocking and swinging at the foundation. Magnification or reduction of vibration transferred by soil was related to soil characteristic, excitation magnitude, and so on. Generally, sand magnifies vibration, while viscous powder soil dampens vibration. The components of the acceleration response at the top of the superstructure were based on the relative magnitude of the rocking stiffness, the swing stiffness of the foundation and the stiffness of the super-structure. The multi-direction excitations have little effect on the key issues of the horizontal SSI. __________ Translated from Journal of Tongji University (Natural Science), 2006, 34(3): 307–313 [译自: 同济大学学报 (自然科学版)]     

支盘桩–土–高层建筑结构振动台试验的研究

 设计和实施支盘桩–土–高层建筑结构动力相互作用体系的振动台试验,再现框架结构和桩基的震害现象。通过振动台试验,研究相互作用体系的地震响应、支盘桩对结构体系的阻抗作用和单、双跨框架结构抗震性能的差异,对该体系的试验现象、基频、阻尼比、振型、位移反应和上部结构顶层加速度反应进行了计算和分析。结果表明：相互作用对结构的动力特性和地震反应均有较大的影响,支盘桩具有较好的抗压、抗拔和抗扭曲作用;相同工况时上海人工波激励下的结构最大位移反应比El Centro波大,说明结构的破坏除与震级有关外,还与地震波的波形有关;双跨框架结构的抗震性能明显好于单跨,并与汶川地震中很多单跨教学楼倒塌的现象一致。研究结果对抗震设计和防灾减灾具有重要的研究意义。     

长周期地震动下软土地基的偏心基础隔震结构振动台试验研究

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈,且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大,而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应,极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响,对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后,周期延长比低于刚性地基结构体系,使减震效果下降;SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应,但在隔震层会出现较大扭转角;与普通地震动相比,远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大,隔震层位移可能超限,总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全,应考虑SSI效应后进行结构设计,且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

黏滞阻尼器控制偏心结构扭转耦联振动效果分析

为了有效控制地震作用下偏心结构扭转耦联振动所引起的灾变问题,在理论分析和数值计算的基础上,建立了地震作用下偏心结构的扭转耦联运动方程,通过研究黏滞阻尼器对偏心结构扭转耦联振动的控制效果,对比分析4种黏滞阻尼器常用布置方案下偏心结构的地震响应,量化了黏滞阻尼器和钢支撑共同保护作用下对偏心结构减震效果的影响。研究结果表明:设置有黏滞阻尼器的偏心结构,在双向地震作用下偏心结构最大层位移和层间位移角均得到有效的控制;在多遇地震作用下黏滞阻尼器人字型布置方式对控制偏心结构扭转效果明显,罕遇地震作用下不同布置方式的控制效果相差不大,其结果可为地震作用下类似的偏心结构扭转效应的振动控制提供借鉴参考。     

Shaking table test of eccentric base-isolated structure on soft soil foundation under long-period ground motion

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈，且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大，而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应，极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响，对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后，周期延长比低于刚性地基结构体系，使减震效果下降；SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应，但在隔震层会出现较大扭转角；与普通地震动相比，远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大，隔震层位移可能超限，总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全，应考虑SSI效应后进行结构设计，且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

核筒悬挂建筑减振体系主结构的抗侧性能

对核筒悬挂建筑减振体系主结构的抗侧性能进行了分析,结果表明:在倾覆力矩没有明显增加的前提下,考虑与箱基础倾斜耦合作用的主结构侧向位移比不考虑耦合作用的可能大1倍以上;当悬挂建筑结构的基准频率ω1不变时,其侧向振动幅值受上部结构阻尼比ξ1和激励频率比β的影响显著;推导出了正六边形核筒悬挂建筑主结构在不同抗震设防烈度时的名义高宽比限值,其中,在9度区高宽比限值比较小,因此不适合建造单核筒式悬挂建筑,但可以选择巨型框架式等其他形式。     

大跨度可开合空间网架屋盖风致效应

大跨度屋盖结构作为风敏感性较强的结构,风荷载是其控制荷载之一,可开合屋盖由于外形和结构的多变性,其风致效应更为复杂.以某大跨度可开合空间网架屋盖结构为研究对象,利用刚性测压风洞试验实测了屋盖内外表面的风压系数,对比了开合状态下屋盖表面风压的分布特征.基于本征正交分解(POD)及瞬态动力有限元分析,得到屋面节点的位移响应...