强震环境下建筑复合节能墙体抗震性能评估模型

现阶段针对建筑复合节能墙体的抗震性能评估主要根据强震发生后墙体损毁程度实现,评估结果精确度低,因此构建强震环境下建筑复合节能墙体抗震性能评估模型,根据复合节能墙体构件的强度和刚度退化系数,描述强震环境下建筑复合节能墙体损伤情况;在此基础上,采用动态增量分析法(IDA)在不同强度地震动输入条件下,根据建筑复合节能墙体结构响应参数和地震动强度参数构建2种参数的关系曲线——IDA曲线,利用R-O单一函数曲线规则化IDA曲线,获取IDA概率分位曲线,并将50%概率分位曲线斜率用于描述墙体结构损伤的变化,该曲线斜率则为墙体结构损伤指数,依据该指数准确评估强震环境下建筑复合节能墙体抗震性能。实验结果表明,所构建模型可准确分析不同峰值地面加速度时建筑复合节能墙体结构的位移变化,且模型随地震等级不断提升,评估建筑复合节能墙体抗震性结果精度逐渐提高,是一种适合强震环境的建筑复合节能墙体抗震评估模型。     

设计变截面交叉柔性力学的模型在装配式钢构建筑梁柱预应力中的分析

为了提高装配式钢构建筑梁柱的抗震性能,设计一种变截面交叉柔性力学模型进行截面抗震性的预应力评估。方法中采用极限承载力约束进行抗震性分析,引入抗弯刚度软化系数进行误差修正,求出钢构建筑梁柱的荷载作用力矩,通过应力评估和结构解耦性设计,实现钢构建筑梁柱的抗震性评估。构建以钢材强度、延性指标和钢框架地震易损特征为约束参量的抗震性能分析函数,建立装配式钢构建筑梁柱开裂初始预应力预测方法,实现装配式钢构建筑梁柱预应力的准确评估。试验结果表明,所提模型能够对装配式钢构建筑梁柱的应力应变关系、屈服强度以及极限承载力进行准确计算,提高配式钢构建筑梁柱的抗震性能。     

轨道桥梁施工过程中桩柱抗震性性能研究

为了研究轨道桥梁施工过程中桩柱抗震性性能,设计了一种和原件比例是1:4的桩柱,试件通过输出力高的机械式千斤顶为桩柱施加轴向力。利用ABAQUS建立桩柱有限元模型,通过试件破坏形态、滞回性分析和骨架曲线分析结果发现,采用有限元模型对轨道桥梁施工过程中桩柱抗震性能进行研究可行。对墩柱和桩体抗震性性能研究,得出以下结论:墩柱选用0.802%纵筋配筋率时,符合抗震性能目标。在地震作用下,桩体应变与弯矩分布整体呈下小上大的趋势,接触压力整体呈两端大、中间小,同时上端明显高于下端的趋势,需重点保护桩体上端。     

强震环境下带钢避难建筑抗震模型设计

避难建筑通常采用置换混凝土方法抗震,建筑对高强度地震的抗震性能差。因此提出高强度地震下带钢避难建筑抗震设计方法,采用复杂网络带钢避难建筑加固模型对加固前建筑的混泥土强度与荷载能力进行计算,增大框架柱截面,提升带钢避难建筑荷载。采用复合墙体受力加固模型提升建筑墙体抗震性。对加固后建筑模型的坍塌风险评估时,采用带钢避难建筑坍塌的全概率衡量加固后建筑在设计使用年限内的抗坍塌安全性。设计使用年限内加固后的带钢避难建筑的强震CRC超出概率是P(IMCRC),确保其在高强度地震下具有较高的抗震性能。实验结果说明,所提方法下的带钢避难建筑在遇到强震情况时具有较高的抗震性能。     

桩-土动力相互作用对桩基变形特性和受力性能的影响

本文研究水平地震作用下桩-土体系中桩基的地震反应,为桩基的抗震设计提供依据。以单桩为研究对象,建立有限元分析模型并加以验证,再根据场地条件选取输入波,分析了桩、桩-均匀土体、桩-分层土体3种模型处于弹性和弹塑性状态下的桩基的变形特性和受力性能。研究表明,桩动力分析时必须考虑桩周土的影响,若按静力法的桩-弹簧模型进行桩的设计会使桩身不安全。     

大直径扩底灌注桩的地震反应特性

大直径扩底桩的地震反应分析对其抗震设计至关重要。本文采用ABAQUS有限元程序建立地震荷载作用下扩底桩-土-结构和普通等直径桩-土-结构动力相互作用体的三维有限元模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Drucker-Prager弹塑性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间设置非线性接触。输入Imperial Vally地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算,分析了桩土模量比、软夹层、上部质量等因素对桩基地震反应的影响。结果表明:与普通等直径桩相比,扩底桩的抗震性能没有明显提高,扩底直径对抗震性能影响不大,增大扩底桩直径,并不能提高扩底桩的抗震性能;上部结构的质量及桩土模量比对桩基的动力响应影响显著。     

基坑桩地震冲击下的受力分析模型仿真

当前利用改进动力Winkler模型分析基坑桩地震冲击下的受力情况,不能预防应力波的反射作用,导致其分析结果具有不全面、准确性低的缺点。本论述提出有限元数值模拟的基坑桩地震冲击下的受力分析模型,通过基坑桩小应变模型描述不同应力状态下基坑桩模量的变化,采用有限元数值模拟方法结合基坑桩小应变模型对基坑桩有限元模型进行塑造。在约束基坑桩有限元模型边界条件时,模型选择黏性阻尼器的吸收边界,使模型边界上的应力波不会遭到折射,避免运算结果出现误差。利用Newmark方法对基坑桩有限元模型进行动力时程分析,实现基坑桩在不同应力状态下的受力分析。实验结果证明:所提模型能够有效、准确的对地震冲击下的基坑应力分布、基坑桩身弯曲度、变形位移以及桩体水平位移差值对比等进行全面的分析。     

基于振动法的建筑墙体装饰抗震裂综合设计研究

为了解决传统建筑墙体装饰抗震裂设计方法中存在稳定性较差、强度折减系数较低的问题,提出了一种基于振动法的建筑墙体装饰抗震裂综合设计方法。分析建筑墙体结构,构建面向数据提取的建筑墙体结构对象模型,根据建筑墙体装饰抗震裂设防的具体要求,以建筑底部框架抗震墙结构为基础,制定出墙体装饰抗震加固设计基本方法。结合具体施工方法,综合考虑了底部框架抗震墙结构的刚度、强度以及延性的影响,实现了建筑墙体装饰的抗震裂设计。实验结果显示,该方法的稳定性比传统方法提高2%,且在不同密度条件下,最大应力和强度折减系数均远大于对比方法,充分说明了加固后能够保证建筑墙体装饰具有较好的抗震裂能力。     

填充墙刚度影响的实测高层建筑增量动力分析

高层结构中的填充墙在地震作用下与周围结构构件之间的相互作用十分复杂,对建筑结构的整体抗震性能具有较大影响。然而我国规范在设计阶段通常不考虑填充墙对结构抗震性能的影响,统一采用周期折减系数来考虑其刚度变化引起的内力变化,因此准确评估填充墙对结构抗震性能的影响具有重要意义。本文在对一栋框-剪结构和一栋剪力墙高层建筑进行随机振动测试的基础上,利用Perform-3D对每栋高层分别建立了3种分析模型。其中对未考虑填充墙作用的结构模型,分别采取规范建议值和实测结果值两种方式进行周期折减。对通过添加斜撑单元来考虑填充墙作用的结构模型,利用环境激励测试识别获得的结构模态信息进行模型修正。对该3种模型进行了增量动力分析,探讨潜在危险性水平地震作用下填充墙对高层建筑抗震性能的影响。结果表明,填充墙增加了结构在弹性阶段的整体初始刚度,但随着地震动强度的增加逐渐丧失对结构刚度的贡献作用。相比考虑了填充墙作用的模型计算结果,规范建议的周期折减系数较为保守。同时研究发现,填充墙对高层框-剪结构的影响程度要比剪力墙结构大。     

整体式桥梁动力特性及抗震性能研究

为深入了解整体式桥梁的动力特性和抗震性能,建立台-土有限元模型,并提出合理的台-土相互作用数学模型,然后利用Midas Civil整体模型研究台-土相互作用、桩-土相互作用、桥墩构造等因素对整体式桥梁抗震性能的影响。结果表明：与简支梁相比,同等跨度下整体式桥梁的纵向刚度明显提高,但横向刚度差距不大;台后土的约束刚度大小对桥梁的静动力特性不产生明显影响,整体式桥梁根据我国现有规范计算台后地震力相对保守;改变桩-土约束刚度对整体式桥梁的抗震性能影响不大;提高桥墩的横向刚度,将独柱墩改为双柱墩能大幅提高结构抗震性能。研究结论及台后土压力系数的计算方式,可供整体式桥梁抗震计算提供参考。     

Effects of riverbed scour on seismic performance of high-rise pile cap foundation

To explore the seismic performance of a high-rise pile cap foundation with riverbed scour, a finite element model for foundations is introduced in the OpenSees finite element framework. In the model, a fiber element is used to simulate the pile shaft, a nonlinear p-y element is used to simulate the soil-pile interaction, and the p-factor method is used to reflect the group effects. A global and local scour model is proposed, in which two parameters, the scour depth of the same row of piles and the difference in the scour depth of the upstream pile and the downstream pile, are included to study the influence of scour on the foundation. Several elasto-plastic static pushover analyses are performed on this finite element model. The analysis results indicate that the seismic capacity (or supply) of the foundation is in the worst condition when the predicted deepest global scout depth is reached, and the capacity becomes larger when the local scour depth is below the predicted deepest global scout depth. Therefore, to evaluate the seismic capacity of a foundation, only the predicted deepest global scout depth should be considered. The method used in this paper can be also applied to foundations with other soil types.     

移动车辆荷载环境微振动的排桩隔振参数分析

为满足精密仪器振速控制要求,提出“群桩基础+隔振排桩”与空气弹簧的两级组合隔振措施。主要研究路面移动车辆荷载经过时,第一级隔振中排桩的隔振效果。实测土体小应变动力参数,通过编写车辆-路面耦合单元(VRI)子程序引入路面不平顺,并基于三维有限元法建立了道路-排桩-地基动力模型。将模拟振速经1/3倍频程滤波与实测进行对比,并对隔振排桩进行了参数分析。研究结果表明:两级隔振体系可满足VC-E微振动控制要求;排桩的间距、桩长和排数是影响隔振效果的主要因素,且竖向隔振效果较水平向好。研究成果可为今后环境微振动工程的设计与施工提供有益参考。     

高层房屋建筑深基坑支护承压结构局部抗震性试验分析

为了研究地震时地面运动加速度作用下高层房屋建筑深基坑支护承压结构的局部抗震性能，针对高层房屋建筑深基坑支护承压结构进行局部抗震性试验分析。采用有限元软件对某高层房屋建筑深基坑工程进行分析，构建高层房屋建筑深基坑支护承压结构有限元计算模型。利用地震模拟振动台，分别输入0.4g、0.5g、0.6g的地震时地面运动加速度，测试不同深基坑施工阶段和插入比地下连续墙深基坑支护承压结构的抗震性能，并研究不同地震烈度对深基坑支护承压结构位移的影响。通过振型分解反应谱法，获取高层房屋建筑深基坑支护承压结构位移以及加速度响应，实现高层房屋建筑深基坑支护承压结构局部抗震性能测试。试验结果表明，高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震稳定性与深基坑开挖深度、插入比和地震烈度有关。其中，深基坑开挖深度和地震烈度与高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震稳定性成反比，而插入比与高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震稳定性成正比，且能够有效提高高层房屋建筑深基坑支护承压结构的抗震性能。     

Cyclic behavior of laterally loaded concrete piles embedded into cohesive soil

Modern seismic design codes stipulate that the response analysis should be conducted by considering the complete structural system including superstructure, foundation, and ground. However, for the development of seismic response analysis method for a complete structural system, it is first imperative to clarify the behavior of the soil and piles during earthquakes. In this study, full‐scale monotonic and reversed cyclic lateral loading tests were carried out on concrete piles embedded into the ground. The test piles were hollow, precast, prestressed concrete piles with an outer diameter of 300 mm and a thickness of 60 mm. The test piles were 26 m long. Three‐dimensional (3D) finite element analysis was then performed to study the behavior of the experimental specimens analytically. The study revealed that the lateral load‐carrying capacity of the piles degrades when subjected to cyclic loading compared with monotonic loading. The effect of the use of an interface element between the soil and pile surface in the analysis was also investigated. With proper consideration of the constitutive models of soil and pile, an interface element between the pile surface and the soil, and the degradation of soil stiffness under cyclic loading, a 3D analysis was found to simulate well the actual behavior of pile and soil. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Efficient analysis of pile-group effect on seismic stiffness and strength design of buildings

A new efficient method is developed for the analysis of pile-group effects on the seismic stiffness and strength design of buildings with pile foundations. An efficient continuum model consisting of a dynamic Winkler-type soil element and a pile is used to express the dynamic behavior of the structure-pile-soil system with only a small numerical error. The pile-group effect is taken into account through the influence coefficients among piles which are defined for interstory drifts and pile-head bending moments. It is shown that, while the pile-group effect reduces the interstory drift of buildings in general, it may increase the bending moment of piles at the head. This means that the treatment without the pile-group effect results in the conservative design for super-structures and requires a revised member design for piles.     

Simple formulas for the dynamic stiffness of pile groups

Simple formulas are derived for the dynamic stiffness of pile group foundations subjected to horizontal and rocking dynamic loads. The formulations are based on the construction of a general model of impedance matrices as the condensation of matrices of mass, damping, and stiffness, and on the identification of the values of these matrices on an extensive database of numerical experiments computed using coupled finite element–boundary element models. The formulations obtained can be readily used for the design of both floating piles on homogeneous half‐space and end‐bearing piles and are applicable for a wide range of mechanical and geometrical parameters of the soil and piles, in particular for large pile groups. For the seismic design of a building, the use of the simple formulas rather than a full computational model is shown to induce little error on the evaluation of the response spectra and time histories. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

远场地震作用下桩间横向动力相互作用的研究

在远场地震作用下单桩横向地震响应研究的基础上,引入相互作用因子,研究了远场地震作用下成层地基中桩与桩的横向动力相互作用,得到了桩间距、桩土刚度比、桩顶约束条件、瑞利波入射角度、震动频率是影响群桩横向动力相互作用主要因素的结论,为进一步研究远场地震作用下群桩的横向地震响应打下了基础。     

多桩型复合地基作用机理与动力特性研究

对由碎石桩和CFG桩构成的多桩型复合地基的作用机理进行分析,通过数值模拟,对多桩型复合地基的动力特性进行研究,探讨桩型配比、桩径、桩长、CFG桩桩体刚度和碎石桩桩体渗透性等设计参数对多桩型复合地基动力特性的影响。研究结果表明:相同条件下地震期多桩型复合地基的动变形小于碎石桩复合地基而大于CFG桩复合地基,震后沉降量相对较小,在工程设计时碎石桩与CFG桩的桩型配比宜为4∶5;随桩体长度、桩体直径和CFG桩刚度的增加,多桩型复合地基地震期的竖向动变形逐渐减小;随碎石桩桩体渗透性的增加,多桩型复合地基中的超动孔隙水压力减小,震后沉降量降低。     

Dynamic stiffness of deep foundations with inclined piles

The influence of inclined piles on the dynamic response of deep foundations and superstructures is still not well understood and needs further research. For this reason, impedance functions of deep foundations with inclined piles, obtained numerically from a boundary element–finite element coupling model, are provided in this paper. More precisely, vertical, horizontal, rocking and horizontal–rocking crossed dynamic stiffness and damping functions of single inclined piles and 2 × 2 and 3 × 3 pile groups with battered elements are presented in a set of plots. The soil is assumed to be a homogeneous viscoelastic isotropic half‐space and the piles are modeled as elastic compressible Euler–Bernoulli beams. The results for different pile group configurations, pile–soil stiffness ratios and rake angles are presented. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.