地基-非线性结构相互作用空间效应的超谐和亚谐共振研究

建立了考虑空间效应的无质量基础-地基-结构相互作用模型,将模型简化为三个自由度体系,得到了考虑结构水平侧移和扭转位移相耦合的振动方程,用多尺度法研究了体系在强激励下的超谐共振和亚谐共振行为,通过算例分析得到了一些不同于线性体系的结论,为结构非线性分析提供了更深刻的理论依据。     

简谐横荷载作用下Winkler地基上有限长梁1/3次亚谐共振分析

基于Winkler地基模型及Euler - Bernoulli梁理论,建立了Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程.运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程,利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐共振的一阶近似解.分析了长细比、弹性模量、地基刚度、阻尼、密度等参数对其亚谐共振幅频响...     

动力基础系统非线性力学模型

采用定参理想集总参数计算体系，以动力基础非线性动力学模型和非线性广义刚度函数的概念为基础，将动力基础模型从竖向非线性振动推广至水平非线性振动、扭转非线性振动以及水平-回转二自由度耦合非线性振动和竖向-水平-回转三自由度非线性耦合振动，建立了动力基础非线性动力学模型的一般表达式，为动力基础非线性设计提供了理论。     

土-结构相互作用对铅芯橡胶支座隔震效果的影响

现有的基础隔震理论大多沿用刚性地基假定,忽略土-结构相互作用。由于地基土的柔性和无限性,土-结构相互作用会对基础隔震体系的隔震机理产生直接影响。因此,考虑土-结构动力相互作用对隔震结构体系隔震效果影响的研究十分必要。本文把地基土视为匀质、各向同性的黏弹性半空间,用等效双线型恢复力模型模拟铅芯橡胶支座的非线性,建立基础隔震体系单质点力学模型和运动方程。通过ANSYS软件进行数值模拟,用D-P材料考虑土的材料非线性,用接触单元模拟土与结构的接触非线性,分析土-结构动力相互作用对铅芯橡胶支座隔震效果的影响。     

纵向剪切波作用下长型地下结构与地基动力相互作用研究

为了研究在剪切波沿地下长型结构纵向传播情况下,惯性力对地下结构与地基动力相互作用的影响,基于Winkler地基模型和Euler-Bernoulli梁模型,分别建立了长型地下结构的静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程。通过振型叠加法将偏微分方程简化为常微分方程;利用微分算子法分别求得静力平衡方程;自由振动方程和强迫振动方程的解析解。通过算例计算,比较并分析了静力平衡方程解与强迫振动方程解的差别。结果表明在算例取值情况下,惯性力对结构振动的影响较小;而在地基基床系数k很小或轴向力N很大时,惯性力的影响才较为显著。     

上部结构与地基相对刚度比对土-结构体系基频影响试验研究

本文进行了室内刚性地基上和土槽中1:4钢框架模型的顶部牵引释放试验。对采集的信号进行频谱分析,得到不同刚度时刚性地基上钢框架模型的基频和土槽中土-结构体系的基频。比较钢框架在土槽中的基频和在刚性地基上的基频,发现土-结构动力相互作用(SSI)使土-结构体系基频降低,基频折减率最大为29.37%,且基频折减率与上部结构与地基相对刚度比有关,相对刚度比越大,折减率越大。根据试验结果得出钢框架模型基频折减率随上部结构与地基相对刚度比变化拟合公式。本文试验结果还表明即使在Ⅱ类场地上的结构,当上部结构与地基刚度比较大时有必要考虑土-结构动力相互作用。     

土-结构体系的分枝模态与约束模态混合二步法

为了在结构设计过程中考虑土-结构非线性相互作用的影响,在线性-非线性混合的约束模态法以及分枝模态法的基础上,提出了适用于土-结构非线性相互作用体系的分枝模态与约束模态的混合方法,该方法既可考虑土体和结构的非线性特性又便于考察土-结构相互作用对上部结构的影响。在分枝模态与约束模态混合方法的基础上,进一步提出了混合二步分析法,并将其应用到地基土-框架结构地震响应分析中,算例结果表明,混合二步分析法在实现上部结构和地基土分开计算的同时,还能够考虑结构与地基土的材料非线性特性,有利于采用专业设计软件仅通过对上部结构进行分析来考虑土-结构相互作用的影响,为实际工程计算考虑土-结构相互作用的影响提供了便利的条件。     

地基-非线性结构相互作用体系的 超谐和亚谐振动

本文对上部结构的以线型恢复力进行最小二乘法拟合，得到类似于Duffing振子的恢复力曲线模型，地基上简化为集中参数模型，运用多尺度法研究地基－结构相互作用体系在强激励下当频率接近结构的三分之一固有频率（超谐共振），三倍固有频率（亚谐共振）时的非线性动力行为，并通过算例得到了异频振动时一些有益的结论。     

隔震板柱结构-基础-地基相互作用地震反应分析

对广州地区一例地基-基础-隔震板柱结构动力相互作用体系进行了计算分析.通过与常规设计方法及非隔震体系的比较,研究了该体系地震反应的变化规律,并分析了阻尼比、地基土特性、基础刚度、基础型式、基础埋深、土体深度、上部结构刚度和地震波等因素对相互作用体系动力特性及地震反应的影响.     

土-结构动力相互作用对基础隔震的影响

本文研究土-结构动力相互作用对基础隔震的影响。文中根据间接边界元方法，推导了空间域中的格林函数公式，并建立了地基土的动力刚度矩阵；进而在频域内采用子结构法，建立了考虑土-结构动力相互作用的隔震结构的运动方程；通过数值仿真某具有埋置刚性基础的剪切型基础隔震结构的地震反应，分析了地基土的刚度对隔震效果以及结构地震反应的影响，得到了一些有意义的结论。     

A substructure method for earthquake analysis of structures including structure-soil interaction

A general substructure method for analysis of response of structures to earthquake ground motion, including the effects of structure-soil interaction, is presented. The method is applicable to complex structures idealized as finite element systems and the soil region treated as either a continuum, for example as a viscoelastic halfspace, or idealized as a finite element system. The halfspace idealization permits reliable analysis for sites where essentially similar soils extend to large depths and there is no rigid boundary such as soil-rock interface. For sites where layers of soft soil are underlain by rock at shallow depth, finite element idealization of the soil region is appropriate; in this case, the direct and substructure methods would lead to equivalent results but the latter provides the better alternative. Treating the free field motion directly as the earthquake input in the substructure method eliminates the deconvolution calculations and the related assumption—regarding type and direction of earthquake waves—required in the direct method. Spatial variations in the input motion along the structure-soil interface of embedded structures or along the base of long surface supported structures are included in the formulation. The substructure method is computationally efficient because the two substructures—the structure and the soil region—are analysed separately; and, more important, it permits taking advantage of the important feature that response to earthquake ground motion is essentially contained in the lower few natural modes of vibration of the structure on fixed base.     

大跨度柔性屋盖风振中流固耦合分析的强耦合方法

本文针对大跨度柔性屋盖风振中流固耦合作用的特点,介绍了一种计算黏性不可压缩流体与经历大变形非线性结构之间流固耦合作用的强耦合方法。本文将伪实体弹性模型引入到流固耦合问题的流体域中处理其变形,使流体和固体形成整体耦合,推导了计算流固耦合问题的整体式方程,并用Newton—Raphson法求解。文中首先用经典圆柱绕流证明了该方法的有效性,并利用该方法计算了一大跨度柔性屋盖风振的流固耦合问题,结果与已有文献中的结果符合良好。因此证明本文提出的强耦合方法用于计算大跨度柔性屋盖风振流固耦合问题是准确可行的。     

地铁荷载下隧道周围粉性土变形的22因子设计

为研究地铁荷载作用下饱和粉性土的累积塑性变形特性,针对上海地铁10号线国权路附近的饱和粉性土进行多功能GDS循环三轴试验,考虑振动频率、动应力幅值对累积塑性应变的影响。试验结果表明:相同振动频率下,动应力幅值越大产生的累积塑性应变就越大;相同动应力幅值条件下,频率越小产生的累积塑性应变就越大。采用2~2因子设计法进行分析,得到振动频率、动应力幅值及振动频率与动应力幅值互作等因素均对累积塑性应变有显著影响。通过回归分析理论,建立考虑振动频率、动应力幅值及振动频率与动应力幅值互作等因素的累积塑性应变的非线性方程,并对方程进行检验。该研究成果能为控制地铁运营产生的沉降提供有价值的理论依据。     

Winkler地基梁在温度场中受简谐激励3次超谐共振分析

本文研究W inkler地基梁在温度场中受简谐激励作用的3次超谐共振问题,应用弹性理论和Galerk in方法建立W inkler地基梁在温度场中受简谐激励作用的非线性动力方程,根据非线性振动的多尺度法求得系统满足3次超谐共振情况的一次近似解,分析了温度、阻尼、激励幅值、地基刚度等参数对系统的影响。     

Seismic response of tall building considering soil-pile-structure interaction

The seismic behavior of tall buildings can be greatly affected by non-linear soil-pile interaction during strong earthquakes. In this study a 20-storey building is examined as a typical structure supported on a pile foundation for different conditions: (1) rigid base, i.e. no deformation in the foundation: (2) linear soil-pile system; and (3) nonlinear soil-pile system. The effects of pile foundation displacements on the behavior of tall building are investigated, and compared with the behavior of buildings supported on shallow foundation. With a model of non-reflective boundary between the near field and far field, Novak’s method of soil-pile interaction is improved. The computation method for vibration of pile foundations and DYNAN computer program are introduced comprehensively. A series of dynamic experiments have been done on full-scale piles, including single pile and group, linear vibration and nonlinear vibration, to verify the validity of boundary zone model.     

考虑水-桩-土相互作用的单桩式海上风机结构系统自振频率解析解

海上风机结构系统频率是海上风机结构和基础设计考虑的关键因素之一,桩-土相互作用对海上风机结构系统频率影响显著。基于欧拉-伯努利梁理论和传递矩阵方法,考虑水-桩-土相互作用及塔筒变截面特性,建立单桩式海上风机结构系统横向振动自振频率特征方程;将桩-水相互作用等效为附加质量、桩-土相互作用等效为线性弹簧,变截面塔筒等效为多段均匀梁,利用MATLAB中fsolve函数求解固有频率。通过与有限元分析结果进行对比,验证本文方法精度与有效性,并将本文方法应用于实际工程中,研究桩基础埋深、上部质量、转动惯量和桩-水相互作用对单桩式海上风机结构系统自振频率的影响。     

An active mass damper designed using ARX models of a building structure

This study proposes a new design method for an active mass damper (AMD) that is based on auto‐regressive exogenous models of a building structure. The proposed method uses the results of system identification in the field of active structural control. The uncontrolled structure is identified as auto‐regressive exogenous models via measurements under earthquake excitation and forced vibration. These models are linked with an equation of motion for the AMD to introduce a state equation and output equation for the AMD–structure interaction system in the discrete‐time space; the equations apply modern control theories to the AMD design. In the numerical applications of a 10‐degree‐of‐freedom building structure, linear quadratic regulator control is used to understand the fundamental characteristics of the proposed design procedure. The feedback control law requires the AMD's acceleration, velocity and stroke; the structure's acceleration; and the ground acceleration as vibration measurements. The numerical examples confirm the high applicability and control effectiveness of the proposed method. One remarkable advantage of the proposed method is that an equation of motion for the structure becomes unnecessary for designing controllers. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑地基土液化影响的桩基高层建筑体系地震反应分析

本文建立了土体－结构体系地震反应分析的混合有限元法，并研究了地基土液化对地震反应的影响。本方法把土体－结构体系简化为一个完整的体系，该体系由梁（柱）单元、剪切杆单元、刚体单元、平面四边形等参单元与三角形单元、界面单元的任意组合来模拟。桩与上部结构材料视为线弹性体，土介质视为非线性材料。土的静应力－应变关系之间的非线性用邓肯一张模型来描述；土的动应力－应变关系之间的非线性和振动孔隙水压力对土的软化效