液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验研究进展

本文在全面归纳与总结液化场地桩－土－桥梁结构动力相互作用振动台试验及与之相关领域的国内外研究进展基础上，直接针对我国桥梁工程中的主要震害问题，提出在我国开展液化场地桩－土－桥梁结构动力相互作用振动台试验研究的必要性，并阐述作者对液化场地桩－土－张桥梁结构动力相互作用振动台试验中若干问题的认识。     

土-结构动力相互作用的振动台试验研究综述

本文从土-结构动力相互作用振动台试验过程中所涉及的结构模型动力相似设计、模型土体的模拟及土体边界条件的模拟三个方面,回顾了近几年来土-结构动力相互作用振动台试验研究的发展历程与现状,重点描述了试验过程中为了更好地反映震动条件下土与结构动力相互作用的机理,学者们所采取的办法和措施。并在此基础上,介绍了一种新的研究土-结构动力相互作用的振动台试验技术。最后,总结了传统的土箱-振动台试验存在的不足,并与这种新的试验技术进行了对比,提出了对于这种新的试验方法仍需要进一步研究和解决的问题。     

考虑土-结构动力相互作用后水平地震作用折减问题的研究

了国内外有关土－结构动力相互作用问题的研究概况,对国内外抗震设计规范中有关土－结构动力相互作用的条文进行了分析,指出了我国《８９规范》第４、２、６条考虑土－结构动力相互作用中存在的问题;结合作者的研究成果和规范修订工作,重点讨论了考虑土－结构动力作用条件下水平地震作用折减系数的计算问题。     

基于子结构方法的土-结构动力相互作用半解析方法研究现状综述

寻求高效实用的力学模型和计算方法是土与基础动力相互作用效应在工程设计中得以考虑的关键。围绕3个问题对可以通过手算或自主编程解决土-基础-结构系统动力相互作用问题的半解析子结构法展开评述:（1）为何采用子结构法研究土与结构动力相互作用问题;（2）如何求解子结构法中作为关键参数的基础振动阻抗;（3）如何利用振动阻抗求解上部结构的动力响应。最后,结合实际工程问题探讨了在已有成果的基础上可进行深化和拓展的研究方向。     

粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用研究中的应用

为了观测和研究土体内部的变形,人工合成透明土和图像光学技术作为新兴的试验技术成为岩土力学研究的有力手段。根据一系列共振柱/扭剪仪试验测得的人工合成透明土的基本动力特性在某种程度上表现出了与天然土类似的变化规律,可以在动力试验中用来作为天然土的代替品。并介绍了用于土体变形测量的粒子图像测速技术的工作原理和基于神经元网络的像机校正方法。利用两个小型振动台试验,采用透明土和粒子测速技术研究了刚性块体和透明土的动力相互作用。试验表明粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用中是一个有力的研究工具。     

土—结构动力相互作用几个实际应用问题

对上－结构动力相互作用的效应和分析方法作了简要的回顾,对土－结构动力相互作用几个实际应用问题进行了分析讨论。     

Analysis Methods of Soil-pile-isolated Structure Nonlinear Dynamic Interaction

近年来,土-桩-隔震结构非线性动力相互作用成为结构抗震领域热点研究问题之一。首先,在回顾现有土-桩-隔震结构非线性动力相互作用研究的基础上,分析国内外学者针对土-桩-隔震结构动力相互作用采用的主要分析方法,包括理论分析法、整体时程分析法、模型试验法及能量分析法;然后,系统地总结了目前考虑土-结构相互作用的隔震结构动力反应相关研究成果;最后,分析了现有研究存在的不足及亟待解决的问题,并给出相关研究建议。     

结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响

采用间接边界元法,研究结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响。数值分析表明,与不考虑相邻结构的结果相比,结构-土-结构动力相互作用可能增大或减小结构的系统频率,SH波垂直入射时,影响程度达5%,SV波垂直入射时,影响程度达3%。随着结构间距离的增大,结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响程度并不单调下降,还与场地的动力特性和结构的动力特性有关。结构-土-结构动力相互作用对结构系统频率的影响可能对结构健康监测结果造成一定影响,值得注意。     

桩-土-结构动力相互作用的线弹性地震反应分析

采用集中质量法(简化模型)，用ANSYS软件作为桩—土—结构动力相互作用分析的工具，建立了小震下钢筋混凝土剪切型结构考虑桩—土—结构动力相互作用效应的计算模型，进行了桩—土—结构相互作用线性体系的模态分析，研究了考虑桩—土—结构相互作用体系的自振特性；进行了小展下桩—土—结构相互作用体系弹性地震反应时程分析，研究了土—结构动力相互作用效应对结构地震反应的影响；得出如下结论；考虑桩—土—结构相互作用效应后，结构体系的自振特性及结构的地震反应将有所改变。     

考虑土-结构动力相互作用的TMD结构减震控制

本文分析了TMD(Tuned mass damper)在刚性地基和柔性地基情况下的减震控制机理,以某6层钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别考虑了土-结构动力相互作用对无TMD控制结构的影响,场地条件对TMD减震控制性能的影响和土-结构动力相互作用对TMD减震控制性能的影响。通过分析得出TMD控制系统的减震效果除了与输入地震动特性有关外,还与场地条件、上部结构和基础的动力特性等因素有关。如果土-结构动力相互作用体系的自振周期远离输入地震动的卓越周期,则相互作用体系的地震响应较小。地基土越软,框架建筑结构层间相对位移地震响应也就越小。如果考虑土-结构动力相互作用效应的影响设计TMD调频系统的自振周期,则TMD的控制效果会有一定程度的提高。     

结构-地基动力相互作用体系振动台模型试验研究

本文设计实现了结构－地基动力相互作用体系的振动台试验,通过试验研究了动力相互作用体系的地震动反应的主要规律,由于动力相互作用的影响,软土地基中相互作用体系的频率远小于刚性地基上不考虑结构－地基相互作用的结构频率,而阻尼比例则远大于结构材料阻尼比,软上地基对地震动走滤波和隔震作用,由于上部结构的振动反馈,基底地震动与自由场地震动不相同,上部结构柱顶加速度反应主要由基础转动引起的摆动分量组成,平均分量次之,而弹性变形分量很小,桩身应变幅值呈桩顶大,桩尖小的倒三角形分布,桩上接触压力幅值呈桩顶小,桩尖大的三角形分布,试验表明,结构－地基动力相互作用对体系地震反应的影响是很是显著的,本试验为验证理论与计算分析的研究成果,改进或提出合理的计算模型和分析方法,提出了丰富的试验数据,为进一步研究奠定的基础。     

Seismic behavior of a post-tensioned integral bridge including soil–structure interaction (SSI)

Current practice usually pays little attention to the effect of soil–structure interaction (SSI) on seismic analysis and design of bridges. The objective of this research study is to assess the significance of SSI on the modal with geometric stiffness and seismic response of a bridge with integral abutments that has been constructed using a new bridge system technology. Emphasis is placed on integral abutment behavior, since abutments together with piers are the most critical elements in securing the integrity of bridge superstructures during earthquakes. Comparison is made between analytical results and field measurements in order to establish the accuracy of the superstructure–abutment model. Sensitivity studies are conducted to investigate the effects of foundation stiffness on the overall dynamic and seismic response of the new bridge system.     

高层建筑结构-地基动力相互作用效果的振动台试验对比研究

本文通过对高层建筑结构－地基动力相互作用体系和刚性地基上高层建筑结构的振动台模型试验成果的对比分析，研究了相互作用对结构动力特性和地震反应的影响。结果－地基动力相互作用使结构频率减小，阻尼增大；相互作用体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线不同，基础处存在平动和转动；在地震动作用下考虑相互作用的结构加速度、层间剪力、弯矩以及应变通常比刚性地基上的情况小，而位移则比刚性地基上的情况大。     

分层土-基础-高层框架结构相互作用体系振动台模型试验研究

本文设计实现了分层土－基础－高层框架结构相互作用体系的振动台模型试验，再现了地震动激励下上部结构和基础的震害现象和砂质粉土的液化现象。通过试验，研究了相互作用体系地震动反应的主要规律：由于动力相互作用的影响，软土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构－地基相互作用的结构频率，而阻尼比则大于结构材料阻尼比；体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线明显不同，基础处存在平动和转动。土层传递振动的放大或减振作用与土层性质、激励大小等因素有关，砂土层一般起放大作用，砂质粉土层一般起减振隔振作用；由于土体的隔震作用，上部结构接受的振动能量较小，各层反应均较小。上部结构顶层加速度反应组成取决于基础转动刚度、平动刚度和上部结构刚度的相对大小。     

Effects of site dynamic characteristics on soil–structure interaction (II): Incident P and SV waves

In-plane, dynamic soil–structure interaction (SSI) for incident-plane P and SV waves is analyzed for a two-dimensional (2D) model of a shear wall on a rigid foundation that is embedded in a soil layer over bedrock. The indirect-boundary-element method (IBEM) and non-singular Green's functions of distributed loads on inclined lines are used to solve the problem. Although this in-plane, dynamic SSI problem displays characteristics similar to those of 2D, out-of-plane, dynamic SSI, which was studied in our previous work, there exist some significant differences. In analyses of the SSI of the full-scale structures, which recorded strong earthquake shaking, our interpretations are often based on the peaks in the transfer functions of observed structural response. It is shown in this paper how the amplitudes and the frequencies of those peaks are affected by the relative rigidity and thichness of the soil layer below the foundation.     

土-结构相互作用效应对结构基底地震动影响的试验研究

利用土与结构动力相互作用振动台模型试验数据,通过各种试验工况下土层表面与基础表面加速度反应的比较,深入探讨了土与结构动力相互作用效应对高层建筑结构基底地震动的影响。从输入地震动频谱特性、输入地震动强度水平和上部结构动力特性3个方面详细分析了与SSI效应对高层建筑基底震动影响程度有关的一些因素。结果表明：SSI效应对高层建筑基底地震动的影响与输入地震波的动力特性有很大关系。在地震动的频谱成分方面,SSI效应对高层建筑基底地震动的影响主要体现为土层表面和基础表面在与输入地震动卓越频率相近处的频谱成分有较大差异;SSI效应对高层建筑基底地震动的影响程度随着输入加速度峰值水平的增加而减小;在某一特定地震波作用下,当上部结构的振动频率与地震地面运动的卓越频率相近时,SSI效应对高层建筑基底地震动的影响较为强烈。     

基于土弹簧的桩-土-输电塔抗震性能研究

在传统输电塔抗震分析中,通常假设输电塔固定在地面上,而不考虑土G结构相互作用(SoilG Structure Interaction,SSI)对结构的影响,从而可能导致输电塔抗震性能评估不准确.依托某 1000kV输电铁塔实际工程,对地震动激励下考虑SSI的输电塔进行综合的地震响应、倒塌破坏和倒塌易损性分析.在 ABAQUS中,通过沿桩体设置依据 API规范确定的零长度弹簧模拟土体与桩体间的相互作用,建立考虑SSI的输电塔有限元模型.基于数值模型,开展输电塔动力特性和结构动力响应分析.采用增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA)方法,研究SSI对输电塔倒塌机理和易损性的影响.结果表明:考虑和未考虑SSI的输电塔振型相似,但自振频率相差较大;忽略SSI会低估输电塔的地震响应,同时高估输电塔的抗倒塌能力.因此考虑SSI可以提高输电塔抗震能力,进而确保输电线路的安全性.     

三维土-结构动力相互作用体系分析的两步时域显式波动有限元过程

为减少直接分析三维大尺度复杂土-结构动力相互作用问题的计算量,提高计算效率,本文直接从波动方程出发,提出了较常规子结构法更简单的两步简化计算过程,即第一步简化上部复杂结构体系为集中质量杆系模型,并求基础处等效输入,第二步通过等效输入求上部结构各位置的动力反应.其中第一步计算主要采用集中质量显式有限单元法结合局部透射人工...     

Effects of soil-structure interaction on seismic response of PC cable-stayed bridge

This paper attempts to assess the effects of dynamic soil-structure interaction (SSI) on the seismic behavior of a PC cable-stayed bridge placed on a moderately deep soil stratum overlying rigid bedrock, and to evaluate the applicability of a simple mass-spring model in evaluating SSI. Parametric analysis is performed to investigate the significance of SSI under various stiffness, foundation depth conditions using finite element methods. The applicability of a mass-spring model is discussed by comparison with FEM. The results of analysis reveal the influence of SSI on the seismic behavior of bridge-soil system, and recommendations for aseismic design are provided. The mass-spring model proves to be promising for representing the seismic behavior of the bridge-soil system, and the mechanism is interpreted in detail.     

Seismic analysis of coupled soil-pile-structure systems leading to the definition of a pseudo-natural SSI frequency

The elastodynamic response of coupled soil-pile-structure systems to seismic loading is studied using rigorous three-dimentional (3D) finite element models. The system under investigation comprises of a single pile supporting a single degree of freedom (SDOF) structure founded on a homogeneous viscoelastic soil layer over rigid rock. Parametric analyses are carried out in the frequency domain, focusing on the dynamic characteristics of the structure, as affected by typical foundation properties such as pile slenderness and soil-pile relative stiffness. Numerical results demonstrate the strong influence on effective natural SSI period of the foundation properties and the crucial importance of cross swaying-rocking stiffness of the pile. Furthermore, the notion of a pseudo-natural SSI frequency is introduced, as the frequency where pile-head motion is minimized with respect to free field surface motion. Dynamic pile bending is examined and the relative contributions of kinematic and inertial interaction, as affected by the frequency content of input motion, are elucidated.