短桩-剪力墙体系的非线性位移反应分析与评估

在考虑桩-土-结构动力相互作用的情况下,针对短桩基础-高层剪力墙体系在罕遇地震作用下的位移反应问题,以位于南宁盆地某高层住宅楼项目为工程背景,基于ABAQUS软件为平台的平行计算技术,对土体-群桩-地下室-上部结构体系进行了水平地震反应三维数值模拟,土体的动力非线性采用修正Drucker-Prager模型,地震荷载为水平双向输入,分析结果表明:(1)整个上部结构中,第32层顶板的水平相对位移峰值最大,随着楼层降低,各层楼板的水平相对位移峰值呈渐进式减小;(2)同一楼层不同位置的相对位移反应幅值和相位的差异显著,说明上部结构的楼层平面发生了扭转变形;(3)根据上部结构的位移时程反应分析结果,说明输入地震动的特性能够明显影响地下结构的位移反应;(4)从上部结构相对位移反应的角度分析,使用短桩基础的高层剪力墙结构整体抗震性能良好。     

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。     

地震下考虑群体效应的高层建筑土-结构相互作用研究

基于有限元软件ANSYS,对相邻高层结构的动力相互作用进行三维有限元计算模拟分析,探讨建筑群在地震作用下的动力反应规律。分析模型中,地基土体采用上海软土,土体的本构模型采用等效线性模型,土体的侧向边界为黏弹性人工边界,上部结构采用框架剪力墙结构。将结构-土-结构动力相互作用(Structure-Soil-Structure Interaction,简称SSSI)体系与对应的单个结构-土动力相互作用(Structure-Soil Interaction,简称SSI)体系的分析进行比较,证实SSSI与SSI体系建筑物动力特性和地震反应差别。结果表明,与SSI体系相比,考虑SSSI效应时,体系自振频率降低,土体的加速度峰值有所减小,且减小幅度随着土层厚度增加迅速下降;上部结构的峰值位移减小,且减小幅度随着楼层的增高而增大;结构总层间剪力和倾覆力矩减小,且框架部分承担的力矩比例减小。     

基于流–固耦合的近海风电基础地震反应分析

结合近海风电单桩及四桩基础支撑体系工程实际场地资料,采用有限元数值分析方法,考虑水–土–结构动力相互作用,即考虑流–固耦合效应、饱和土的多孔介质渗流属性及桩–土接触相互作用,分析结构体系动力特性及地震反应。分析单桩有水与无水及四桩有水与无水4种工况支撑体系的自振特性和单桩有水与无水2种工况支撑体系的地震反应。结果表明:水层对结构低阶频率影响不大,对高阶频率降低幅度较大;水层对体系的水平位移、竖向沉降、峰值加速度及有效应力均有不同程度地削减;地震作用下土体的超静孔隙水压力呈现波动特性;结构的位移及应力响应均能满足规范要求。证明考虑多介质耦合的动力有限元分析方法是解决复杂海上风电基础地震响应的有效方法。     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

强震下竖向不对称收进高层结构损伤分析

某竖向不对称收进高层结构采用钢管混凝土框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,利用损伤塑性本构考虑混凝土的损伤发展,建立了不规则高层结构的三维弹塑性分析模型,分析强震作用下超限高层结构抗震性能及损伤分布,同时分析地震波幅值对不规则高层结构损伤发展的影响。分析得到:罕遇地震作用下核心筒剪力墙整体处于轻微损伤状态,连梁进入塑性而发挥耗能作用;竖向不对称收进的高层结构核心筒损伤较大部位为伸臂桁架楼层及其相邻上部楼层,对该区域损伤较为明显的剪力墙应进行配筋加强;伸臂杆件所在楼层的楼板承担较大的水平剪力作用,处于中度损坏,应进行设计加强;罕遇地震作用下结构损伤发展较设防地震作用时增大,但结构损伤部位和趋势较为一致。由此得出结论,对于竖向不对称收进高层结构应进行强震损伤分析以明确结构抗震薄弱部位。     

桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

考虑不同桩长影响的变电站配电楼地震反应分析

从变电站桩基-筏板-配电楼结构耦合体系出发,采用PLAXIS 3D建立桩筏基础-地基-上部结构三维有限元整体模型,其中,土体非线性力学行为采用考虑小应变特性的双曲线型弹塑性(HSS)模型模拟,动力计算中采用自由场边界(模型四周)和柔性底部边界(模型底部)来模拟无限地基。通过整体模型动力时程分析,研究了3条典型地震波及其不同加速度峰值情况下长桩和短桩设计方案对应的上部结构及桩筏基础动力响应特性。结果表明：变电站配电楼虽然层数较低,在地震作用下楼顶仍然表现出一定的放大效应;考虑结构后的地表水平加速度峰值总体上高于自由场地的情况,距结构30m范围内地表水平加速度反应相对较大;桩长在一定范围内变化对上部结构的振动响应影响不大;上部结构的水平加速度峰值随输入地震动加速度峰值增加而增大,地下室底板中部弯矩极值对地震动加速度峰值及不同地震波波形均不敏感。     

某高层框架剪力墙隔震结构的抗震性能分析

结构通过隔震设计后周期延长,能够降低上部结构地震作用。本文以某高层框架剪力墙结构为研究对象,对其进行隔震设计以及动力时程分析。研究结果表明：设防地震作用下,结构的层剪力与层倾覆力矩大大降低,水平向减震系数为0.47,罕遇地震作用下的隔震层最大位移满足要求,并且与非隔震结构相比,隔震结构的构件损伤明显减小,特别是上部结构底部加强区的剪力墙构件混凝土的损伤情况得到很好的改善。     

地下水位上升对上海软土场地地震反应的影响

根据工程地质勘探和室内外试验建立上海软土场地计算模型,采用Biot动力固结理论,结合弹塑性边界面模型,研究三向地震作用下地下水位上升对场地土层地震反应的影响。利用具有水平和垂直三向完整加速度记录的Taft波构造基岩输入地震动时程曲线,分析三向地震作用下地下水位上升对土层竖向和水平加速度放大效应、竖向与水平加速度峰值比、地表加速度和反应谱特征以及沿土层深度最大孔隙水压力和孔压比的影响。计算分析表明：地下水位上升对水平向和竖向峰值加速度的放大效应影响差异显著,同时对地表加速度及其反应谱特征具有重要影响。地下水位的上升,地表水平峰值加速度放大效应增大,竖向峰值加速度放大效应减小;竖向与水平向加速度峰值比减小;土层高频滤波作用增强,长周期成分放大效应增大;近地表液化土层范围增大,加剧砂土液化危害性。     

针对超限高层剪力墙中震拉应力问题的工程实践

水平地震作用会对高层结构的底部竖向构件产生轴向拉压作用。在高烈度地区,对超限高层建筑进行中震不屈服计算时,这种作用可引起结构底部某些剪力墙墙肢的拉应力,该拉应力可能大于混凝土抗拉强度标准值。在进行超限高层抗震专项审查时,按照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的要求,剪力墙构件需满足中震不屈服墙肢平均拉应力不超过2倍混凝土抗拉强度标准值的要求。基于高烈度地区的超限高层设计实践,讨论了中震计算方法;论述了剪力墙拉应力与受剪承载力的关系;阐述了墙体中震拉应力的工程计算方法;最后,给出了中震拉应力不满足要求时的一种工程处理方法。     

基于土-结构相互作用的高层建筑地震反应分析

运用有限元方法建立桩-土-结构的动力相互作用的分析模型,对水平地震作用下考虑和不考虑土-结构相互作用的高层建筑进行二维弹塑性模拟和对比分析。通过对地震反应峰值变化的比较,研究考虑相互作用后的上部结构反应规律,并探讨上部结构刚度变化对相互作用的影响。     

广东某超限高层结构动力弹塑性分析

某超限高层办公楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,采用YJK-EP对该超限结构进行罕遇地震下的结构动力弹塑性分析,研究结构在罕遇地震作用下的破坏机理、塑性发展特点。分析结果表明:结构在进入弹塑性阶段后,结构刚度降低,周期变长,地震反应减小;结构最大层间位移角满足1/125的限值要求,连梁出现较大范围损伤,剪力墙塑性损伤较小,结构满足"大震不倒"性能目标。     

某多塔连体高层建筑的竖向地震反应分析

针对设有长33.6m的连体和长16.8m悬臂的某多塔连体高层结构,采用ETABS软件对其竖向振动特性和竖向地震反应进行了分析。结果表明,该工程前三阶竖向振型的周期与场地卓越周期接近;前19阶竖向振型均位于反应谱平台段;竖向振动与水平振动存在耦合,意味着结构在水平地震作用下会产生竖向动力效应;在7度多遇竖向地震作用下,连体部分和悬臂部分的结构内力响应较显著而竖向位移响应均较小。     

TOD全框支剪力墙结构软基处理后基础约束效应分析

针对车辆段上盖全框支剪力墙高层结构无地下室嵌固特点,选取一典型的框支剪力墙结构建筑,建立土-结构三维有限元模型,进行水平地震和风作用下有限元分析,重点研究结构在软基情况及地基处理后的桩顶水平位移和内力规律。分析表明,在软土情况下,桩顶的水平位移显著,引起桩身附加弯矩不可忽视;采用水泥搅拌桩加固等地基处理的方法,可有效减小水平作用下桩顶位移,同时对水泥搅拌桩处理方法的置换率及加固深度给出参考值。     

内填黏土实心结构砖塔振动台试验研究

为研究实心结构古塔在地震作用下的动力反应及破坏机制,以陕西省西安市兴教寺玄奘塔为原型,设计制作了1∶8比例模型结构,进行了振动台试验。通过输入不同烈度的单向、双向及三向地震波,测试了结构楼层的位移及加速度反应,观测了结构破坏现象,分析了结构的动力特性变化规律,对比了各加载工况下结构各楼层地震反应的变化特点。结果表明,设防地震作用下塔体底部楼层首先发生水平开裂与塔身斜向开裂,随着地震烈度的提高,破坏区域随之向上延伸,结构自振频率降低,频响曲线峰值点增多;当地震烈度相同时,不同加载工况下结构的水平反应峰值相差不大,但不同地震波作用下竖向加速度反应峰值相差较大;动力放大系数随楼层高度呈"S"形分布,顶层的水平加速度反应最大,中部楼层的竖向地震反应最大。因此,古塔破坏是在水平向与竖向地震共同作用下发生的,结构的底部及中部楼层为抗震的薄弱部位。     

高烈度常遇地震下高层框剪隔震体系地震反应计算分析研究

在高烈度区高层框剪结构中引入隔震技术,其目标是在常遇地震下减小地震荷载,从而使上部结构层间位移差满足设计要求。本文将隔震体系简化分析模型引入高层框剪隔震体系,在高烈度常遇地震下进行结构动力时程分析。计算结果说明:8度、8.5度常遇地震下,高层框剪隔震体系完全能满足现行规范设计要求,9度常遇地震下,基本能满足设计要求;在结构自振周期不变的情况下,框剪结构刚度特征值越小,即剪力墙在抗推力结构所占比例越大,则上部结构的地震反应越大,隔震层位移值越小。     

某超限高层结构设计分析

本工程为B级高度超限高层住宅楼,主体结构采用现浇全落地剪力墙结构体系。结构计算采用SATWE、PMSAP程序对结构进行多余地震下的反应谱设计和动力弹性时程分析,中震作用下竖向构件抗剪弹性、抗弯不屈服,并采取合理的抗震构造措施。结果表明结构抗震性能良好,体系安全可行。     

南京地铁双层车站抗震分析

采用土-结构相互原理对南京市典型双层地铁车站进行了水平地震作用下的有限元动力时程分析。结果表明,地震作用下结构的构件节点与中柱处应力最大,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间特性基本相似并近似存在简单的线性关系。讨论地震作用下土-地下结构体系动力响应的特点和影响因素,提出了一些地下结构抗震设计的参考建议。     

刚性桩复合地基地震反应的拟静力计算方法

针对竖向传播的SV波作用下刚性桩复合地基的动力反应,在振型分解反应谱法的理论基础上,提出一种基于有限元分析的拟静力方法。该方法通过等效线性方法考虑土体的非线性,将上部结构惯性力和自由场变形对桩身内力的影响分开来考虑,其中前者采用类似振型叠加反应谱法的方法进行分析,后者采用一种针对地下结构的改进的有限元反应位移法进行分析。与动力时程分析的结果对比表明,所建议的计算方法能够较准确地求得水平地震作用下桩身内力峰值及其分布,显著提高了分析的效率。