桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,采用基于Timoshenko梁理论的Winkler地基模型,运用回传射线矩阵法及求根法求解桩顶固定且部分桩体埋入弹性地基中时桩的自振特性,并与基于有限元分析软件SAP2000的计算结果比较,验证利用回传射线矩阵法求解埋置结构自振特性的有效性和计算精度。同时,分析桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时土体弹簧系数及土体阻尼系数对桩基自振频率和振型的影响。结果表明:随着土体弹簧系数的增大,埋置结构的各阶自振频率增大,土体弹簧系数对衰减系数没有影响,对埋置结构振型的影响较小;随着土体阻尼系数的减小,埋置结构的各阶自振频率增大,衰减系数相应减小,土体阻尼系数对埋置结构的低阶振型影响尤为明显,对高阶振型的影响较小。     

建筑物的自振周期

提到建筑物的自振周期，自然会想到建筑物的抗震设计。在抗震设计中，工程师最为关心抗震设防烈度、抗震等级、场地土类别、地面加速度及抗震组合等因素，建筑物的自振周期则关注较少，规范对建筑物的自振周期也没有严格的控制规定。自振周期是计算地震力及风荷载的重要参数之一，它也是建筑物的一个非常重要的指标。     

与黏弹性地基相互作用的单桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,利用MATLAB语言编程,借助求根法对二维复数超越方程进行迭代求解,通过数值算例,对比分析黏弹性地基中桩的外露长度、埋置深度、桩端约束情况对自振频率、衰减系数和模态的影响。结果表明:随着外露长度越长,埋置结构的各阶自振频率和衰减系数越小;随着埋置深度越深,埋置结构的各阶自振频率越小,衰减系数越大;埋置部分的横向位移明显小于外露部分的横向位移;桩顶固定边界下单桩的各阶自振频率最大,桩顶自由边界下单桩的各阶衰减系数最小;桩顶自由工况下单桩各阶振型峰值相对其在桩顶铰接和桩顶固定工况下的振型峰值较小。     

协同工作条件下地基土对单层球面网壳结构动力性能的影响

针对大跨空间结构与地基土协同工作问题,基于修正的S-R(Sway-Rocking)模型,建立单层球面网壳屋盖-支承结构-地基土协同工作的整体有限元模型,分析协同工作条件下不同地基土对单层球面网壳结构自振特性及地震响应的影响。研究表明,协同工作条件下单层球面网壳结构的自振周期随着地基土的变软明显增大,屋盖结构竖向振型提前。在地震作用下,单层球面网壳屋盖的杆件轴力和网壳节点最大竖向加速度随着地基土变软而减小;网壳节点的最大水平位移随着地基土的变软而增大,而最大竖向位移呈现减小趋势。     

剪切模量沿深度按指数规律增大的场地土的地震放大效应

采用一维波动模型分析基岩上、受竖直向上传播的稳态剪切地震波激振下剪切模量沿深度按指数规律增长的场地土的横向自由振动问题,求得位移的闭合解,并由该解得到反映地震放大效应的场地的放大系数。通过对此类场地土的算例分析,讨论了剪切模量沿深度按指数规律增长的场地土的地震放大效应,并从讨论中总结了场地土土质特性、基岩与场地土底面之间的阻抗比及振动频率对地震放大效应的影响规律,同时验证了广泛使用的场地卓越周期简化估算公式仍可应用于剪切模量沿深度非线性变化的场地土。     

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。     

考虑土-结构相互作用的结构残余位移比谱EI北大核心CSCD

结构残余位移是抗震性能评估和地震损失评估的重要参数。以往针对结构残余位移的研究主要基于刚性地基假定,而地震作用下基于刚性地基假定和考虑土-结构相互作用效应得到的结构响应存在差异。鉴于此,建立了考虑土-单自由度体系相互作用效应的模型,基于大量分类地震动记录,通过时程分析分别建立基于刚性地基假定和考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)效应的结构残余位移比谱,研究场地类别、屈服强度系数和高宽比对结构残余位移比谱及其离散性的影响,建立了考虑SSI效应的结构残余位移比谱预测方程。结果表明:存在临界周期点,当周期小于临界值时考虑SSI效应的结构残余位移比谱值小于基于刚性地基假定的结构残余位移比谱值,且SSI效应程度越大结构残余位移比谱越小;当周期大于临界值时,考虑SSI效应和基于刚性地基的结构残余位移比谱差距很小;AB类、C类、D类和E类场地的临界周期分别为0.5 s,0.5 s,0.8 s和1.2 s;基于刚性地基假定的结构残余位移计算结果偏于保守。     

土-桩-结构振动台模型试验相似理论及其实施

通过分析动剪切模量G的表达形式及其相似比推导,发现由于影响土Gmax和G/Gmax-γ的因素较多,要确立土的剪切模量相似比并使土与桩-结构的模量和密度相似比同时匹配非常困难,即难以使土-桩-结构体系模型与原型之间做到完全相似。根据场地土的卓越周期是结构地震反应的主要因素,提出了采用土的卓越周期相似比设计模型土的方法,并实际应用于土-桩-结构振动台模型试验相似设计中。试验结果表明:应用土的卓越周期相似比设计模型土,保留了原场地土的主要特性,使模型与原型部分相似,这种方法应用在土-桩-结构振动台模型试验相似设计中是合理的。     

土结相互作用对罐液体系动力特性的影响研究

基于拉格朗日方法建立考虑流固耦合效应的模态方程,利用ANSYS软件建立包含土层自由场地、桩基承台场地模型,刚性地基空罐、满罐、以及考虑土结相互作用的空罐和满罐等六个数值模型,得到工程场地的自振频率以及土体对罐体系统动力特性的影响。研究了各种模型自振频率和振型参与系数随阶数的分布情况;结果表明,桩基承台的存在使得场地第一阶振动频率有所增大。罐内液体的晃动频率不受土结相互作用的影响;考虑土结相互作用之后,出现了液体对流晃动频率、土-罐-液整体振动频率和罐液耦联振动频率等低、中、高三个振动频率,且前两阶频率罐液耦联振动频率有所减小,也更为密集;应考虑土结相互作用的影响,否则将会高估罐液耦联振动频率;最后运用子结构理论对考虑土结相互作用引起动力特性变化进行了解释,并给出了动力计算中考虑土结相互作用时罐液体系瑞利阻尼系数的选取建议。研究结论可为考虑土结相互作用储罐的地震响应分析提供参考。     

近断层脉冲型地震动的残余位移系数谱研究

残余位移是基于性能抗震设计过程中一项重要性能指标。为研究近断层区域脉冲型地震动下结构的残余位移计算方法,采用同时包含场地特征周期T_g与地震动脉冲周期T_p的双周期规准法(TTN),以226条脉冲型地震动为输入,对单自由度体系进行线性与非线性时程分析,通过统计分析生成了TTN残余位移系数均值谱;探讨了场地条件、结构自振周期T以及强度折减系数R与残余位移系数C_r的关系,并拟合得到了TTN残余位移系数设计谱;研究结果表明:①采用TTN方法生成的残余位移系数谱能直接体现出速度脉冲效应对长周期结构动力响应的增大作用;②T和R是影响C_r的主要参数,而不同场地条件下的TTN残余位移系数谱具有一致性,可生成统一场地谱;③提出的TTN残余位移系数设计谱数学表达形式简洁,能够反映C_r与T,R的相关性,可用于预测近断层区域结构残余位移。     

土-结构相互作用下网架结构动力性能研究

采用整体有限元法分析土-结构动力相互作用(SSDI)下网架的动力性能。以大型有限元软件ABAQUS为平台,结合FORTRAN程序实现粘弹性动力人工边界精确施加、土体自重应力平衡及粘弹性边界条件下地震动输入,并通过算例验证有限元计算过程的有效性与合理性;建立地基土-支承体系-网架屋盖相互作用的三维整体模型,分析SSDI对网架结构动力性能影响。研究表明,SSDI使网架结构自振周期较刚性地基下延长且地基土越软周期越长,网架结构自振频率随地基土变软更密集;SSDI使基础底面峰值加速度较自由场地表峰值加速度增大5%~30%,且地基土越软增大幅度越大;SSDI效应可增大网架结构节点加速度及节点水平相对位移,且使网架结构节点水平相对位移随地基土的变软逐渐增大。     

多自由度体系效应对强度折减系数的影响

首先推导了多自由度体系效应影响强度折减系数的修正系数的计算方法,然后利用严格按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构及大量地震动记录研究了多自由度体系效应影响强度折减系数的规律,并给出了相应的实用计算公式。结果表明:结构的周期及延性对修正系数的影响较为显著,且修正系数随周期及延性的增大而增大;场地条件对修正系数的影响可忽略。     

复合支护结构自振特性的不确定性分析

本文主要研究复合支护结构自振特性的计算方法及其变异性问题，对结构自振频率采用修正系数的方法进行分析，即先计算等厚度整半砌结构的自振频率，然后按照两次衬砌厚度比，衬砌之间和周围土体的约束刚度两个修正系数进行修正得到复合支护结构的自振频率，并对所得到频率的不确定性中心点一次二阶距进行分析，由各影响因素及计算方法本身的确定必到了自振频率的变异系数。     

考虑桩-土相互作用的不等高墩桥地震响应分析

基于LS-DYNA有限元软件的二次开发功能,引入p-y桩土动力相互作用模型和钢材的BONORA损伤本构模型。以某大桥四跨引桥为研究对象,建立了包括考虑土-结构相互作用的WINKLER地基梁模型、有效桩长模型、全桩长模型,以及不考虑土-结构相互作用的无桩模型等四种桩基础分析模型和上部结构弹塑性损伤分析模型;通过场地自由场求解,在桩侧节点上施加相应位置的加速度时程,对基于四种桩基础模型的该大桥进行了自振特性以及在小震、中震和大震下的位移、加速度、内力、损伤分析,并探讨了WINKLER地基梁模型不同深度下桩-土p-y模型的应力-应变关系和桩身变形特性。结果表明,桩基础数值分析模型对结构整体响应影响显著,不等高墩桥顺桥向与横桥向响应差距大,所开发的p-y模型可用于桥梁结构精细化数值分析。     

土-结构动力相互作用下网架结构简化分析方法研究

根据不同学者有关地基动力阻抗的计算公式,结合整体有限元法,从工程应用出发对S-R(Swing-Rocking)模型进行修正,提出适用于分析土-结构动力相互作用下大跨空间结构的简化计算方法。基于修正的S-R模型建立土-网架结构动力相互作用的计算模型,与已验证的三维整体有限元(3-D)模型进行对比分析。研究表明,根据修正S-R模型计算所得土-网架结构相互作用体系的自振特性和地震响应与已验证的3-D模型结果呈现出完全一致的规律性且吻合较好,从而验证了修正S-R模型的合理性;在不同地震波作用下,采用Gazetas提出的地基动力阻抗公式建立的土-网架结构相互作用体系中网架节点最大位移和峰值加速度与已验证的3-D模型结果最大误差不超过8.0%,结构杆件内力最大误差不超过10%,表明Gazetas提出的地基动力阻抗公式更适用于分析土-大跨空间结构动力相互作用问题,且具有较好的精度。     

土—结构动力几何非线性相互作用体系的地震反应分析

本文引入直接迭代Ｎｅｗｍａｒｋ－β法,首先对一单自由度结构相互作用体系进行了时程反应分析,研究基础提离、滑移对结构地震反应的影响：其次,进一步研究基础底板与地基土间摩擦系数μ、结构自振周期Ｔ（相对基础底板固定时）这两参数,对土－单自由度结构相互作用体系考虑基础提离、滑移时地震反应的影响。     

双折线弹塑性滞回模型的结构影响系数

对双折线弹塑性滞回模型的单自由度体系在地震作用下的响应进行了分析,得到了不同场地、结构自振周期、延性、阻尼比、后期刚度系数等参数组合下的结构影响系数R。结果表明:R谱的决定性因素是结构的延性,延性越大R越大;阻尼比、后期刚度对R的影响是第二位的,而阻尼只在短周期范围内有比较明显的影响。对场地特征周期用六种不同的方法进行了分析,取五种分析结果一致的特征周期,对R谱的横轴标准化,得到的R谱保留了在Tg处的峰值特征。对各周期和延性下的R进行统计分析,发现其符合对数正态分布,并提出了延性影响系数Rμ的计算公式。     

基于脉动法的上海市RC剪力墙结构基本自振周期测试与分析

针对我国现行规范中剪力墙结构的基本自振周期经验公式是基于高度在50 m以下的建筑实测数据拟合而成的现状,基于脉动法对上海市已建成的总高度在45～90 m之间的62栋RC剪力墙结构进行了现场动力性能测试,识别了结构在水平纵向与横向的基本自振周期。采用其中60栋结构的数据进行了回归分析,分别给出了基于结构高宽比和"幂次高度系数"的水平纵横两个方向上基本自振周期回归公式;并采用其中2栋结构的测试数据验证了经验公式的准确性。研究表明:结构总高度对RC剪力墙结构的基本自振周期的影响最为显著;采用"幂次高度系数"的经验公式的拟合效果优于基于结构高宽比的经验公式。     

基于特征波导纳法和敏感性分析的大型周期支撑结构损伤识别

提出了一种基于特征波导纳法和敏感性分析的大型周期支撑结构损伤识别方法。通过分析存在单一损伤单元有限周期支撑结构的自由波传播规律,建立了周期结构无量纲自振频率变化对基本周期单元刚度变化的敏感性分析矩阵;求解敏感性识别方程组,实现基于测量自振频率变化的大型周期支撑结构损伤检测;同时,分析表明所提出无量纲自振频率的敏感性与结构参数无关,即无需知道原始结构的准确几何物理参数就能确定敏感性系数。分别以一周期支撑梁与周期支撑法兰接头管道为例进行研究,表明该方法仅用量测损伤前后的前几阶自振频率变化就能较准确地进行周期支撑结构多损伤识别。     

基于特征波导纳法和敏感性分析的大型周期支撑结构损伤识别EI北大核心CSCD

提出了一种基于特征波导纳法和敏感性分析的大型周期支撑结构损伤识别方法。通过分析存在单一损伤单元有限周期支撑结构的自由波传播规律,建立了周期结构无量纲自振频率变化对基本周期单元刚度变化的敏感性分析矩阵;求解敏感性识别方程组,实现基于测量自振频率变化的大型周期支撑结构损伤检测;同时,分析表明所提出无量纲自振频率的敏感性与结构参数无关,即无需知道原始结构的准确几何物理参数就能确定敏感性系数。分别以一周期支撑梁与周期支撑法兰接头管道为例进行研究,表明该方法仅用量测损伤前后的前几阶自振频率变化就能较准确地进行周期支撑结构多损伤识别。