机器基础动力相互作用的研究

本文分别对单台、双台、联合基础与地基土相互作用体系在扰力作用下的振动特性进行了研究。在计算中考虑了外围土体的影响。通过算例,得到了单台、双台、联合基础的一些振动规律。     

大型复杂动力机器基础参振质量的概念、理论及应用

为满足大型动力机器设备的性能及工艺需求,动力机器基础正朝着大尺寸和构造形式复杂的方向发展。动力荷载作用下,大型复杂动力机器基础自身各部分的振动难以保持同步,即无法完全参振,此时,现有的将基础整体视为刚体进行动力设计的相关国家标准规范不再适用。参考基础动力设计分析中十分重要的地基土参振质量(基础振动时周围地基土同步参振的质量)概念,将大型复杂动力机器基础考虑为由核心实体刚体部分与外围附属弹性体部分组成的刚体-弹性体系统,提出了大型复杂动力机器基础参振质量的概念(核心刚体质量与外围弹性体同步参振质量之和),进而基于弹性半空间理论体系给出了理论求解公式和相应的数值求解流程,并以天津大学在建国家大型地震工程模拟研究设施中的大型地震模拟振动台基础为例,建立了精细化基础-桩基-地基土整体模型,分析了工作荷载作用下基础参振质量。数值结果表明：该基础参振质量总体可达80%以上,基础振动同步性较好。基于文中提出的参振质量概念和数值求解步骤,开展基础参振质量分析,可从振动同步性角度评估基础动力设计的合理性,为大型复杂动力机器基础的动力设计提供支撑。     

用动力测量值确定基础—地基系统的频变参数

提出了基础－地基系统具有频变参数的质－弹－阻模型，在这个模型中，系统的刚度Ｋ＝Ｋ０－Ｋ１ω＾２和阻尼系数Ｃ＝Ｃ０＋Ｃ１ω随系统振动频率而变化。文章以竖向振动为例，给出了用稳态激振下的动力反应测量值确定系统参数Ｋ０，Ｋ１，Ｃ０，Ｃ１的方法；讨论了基础频变刚度系统与附加质量系统的等效范围和差别。     

用动力测量值确定基础－地基系统的频变参数

提出了基础－地基系统具有频变参数的质－弹－阻模型，在这个模型中，系统的刚度Ｋ＝Ｋ０－Ｋ１ω２和阻尼系数Ｃ＝Ｃ０＋Ｃ１ω随系统振动频率而变化。文章以竖向振动为例，给出了用稳态激振下的动力反应测量值确定系统参数Ｋ０、Ｋ１，Ｃ０，Ｃ１的方法；讨论了基础频变刚度系统与附加质量系统的等效范围和差别。     

基础动力刚度的精确数值解及集中参数模型

土－结构相互作用分析的关键是建立以土－结构界面定义的无限半空间的动力刚度矩阵。本文介绍了一种求解半无限地基动力刚度的新方法，通过两个算例验证了该方法的精度，并给出了一种利用频域刚性基础动力刚度计算基础时域荷载响应的实用方法，该研究为刚性基础设计提供了一种新的，可靠的理论方法。     

风荷载作用下的土-结构动力特性分析

结构的动力特性直接影响到动力荷载的作用效应。动力特性分析中,土体的影响不可忽视。与地震荷载不同,动风荷载自结构向土体传播,土体的惯性力可以忽略。无质量地基法可以满足针对风荷载的土-结构动力分析的要求。本文首先推导土-结构动力相互作用的运动方程,在此基础上,以剪力墙箱型基础结构为基本分析对象,确定有限地基域的范围,分析土-结构整体动力特性。认为：足够的基础埋深,可以有效控制建筑物的摆动;为控制建筑物的动力特性,可以采取措施适当使地基土增加一定的刚度;如何在上部结构的质量和刚度之间建立对应关系以控制土-结构系统的动力特性,有待进一步研究。     

求解半无限平面动力问题的边界元与有限元耦合模型

本文将Ｎｅｗｍａｒｋ法的时间差分格式的有限元与边界元方程相结合，建立了动力问题的边界元与有限元耦合模型。这种耦合模型在求解时域范围内基础动力响应问题中，可充分发挥有限元求解局域问题和边界元求解无限域问题各自的优点。     

动力基础系统非线性本构关系的研究

采用理想集总参数计算体系,以三次幂多项式模型反映动力地基的非线性特性,将非线性幂函数作为循环荷载作用下系统位移-力关系的主干骨线,在此基础上按照Masing二倍法则,将骨线拓展为位移一力的滞回曲线,建立了动力基础双曲线滞回动力学模型。提出了非线性广义刚度函数的概念,建立了动力基础系统在不同振动形式下的非线性本构关系。     

高耸塔体结构抗震设计的动力相互作用模型研究

基于高耸塔体结构多质点简化力学模型,以动力方程附加项的形式提出一种简便的地基边界统一处理模式,用于对比刚性地基、伏格特弹性地基及集总参数无限地基的影响。结合工程实例,以时程法探讨结构的抗震性能,结果显示伏格特地基条件给出了结构动力响应的上界,无限地基条件则给出了下界,可明确为结构的响应区间,保证必要的安全储备。而在简便材料力学模型的基础上,探讨复杂的结构-地基-水体动力相互作用,利于工程人员接受,也是传统简便设计方法向已考虑复杂因素为特征的新设计方法过渡的体现。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明：增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

粘性土地基在动荷载作用下变形分析

通过室内模型试验从宏观与微观结构讨论了粘性土地基分别在静载、动载作用下横向位移、竖向位移随深度的变化规律、地基应变与最大剪应变分布。分析研究了粘性土微结构动态环境能场、外部环境条件变化与其内在介质环境变化之间的密切关联。结果表明,动载比静载作用下的位移、应变、剪应变大得多,特别是对地基的浅表处影响不仅范围大而且深度加大。试验结果还表明偏湿土和受振动的土击数越多,对土的初始结构损伤越厉害,但土的后期结构强度有所提高。     

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。     

Cones to model foundation vibrations: incompressible soil and axi-symmetric embedment of arbitrary shape

The recently streamlined strength-of-materials approach using cones to calculate vibrations of foundations embedded in layered half-spaces and full-spaces is applied to incompressible and nearly-incompressible soil and to axi-symmetric embedments of arbitrary shape. For incompressible soil the axial-wave velocity in the cones is limited to twice the shear-wave velocity and a trapped mass for the vertical motion and a trapped mass moment of inertia for the rocking motion moving as a rigid body with the under-most disk of an embedded foundation are introduced. In the case of a fully embedded foundation, a mass and a mass moment of inertia are also assigned to the upper-most disk. For an axi-symmetric embedment of arbitrary shape, the disks have varying radii. No modifications to the formulation are, however, required. For these two extensions the strength-of-materials approach using cones leads to the same sufficient engineering accuracy as is achieved in other more conventional cases. This is demonstrated in a vast study. Thus the same other advantages also apply: physical insight with conceptual clarity, simplicity and sufficient generality.     

均质及双层地基土条件下环形沟隔振效果分析

为了探究均质地基和双层土地基条件下环形沟几何参数变化对其隔振区域的影响规律,及环形沟在不同地基土层中隔振效果的差异,本文建立缩尺比为1: 15的模型试验,以地基土类型、环形沟深度、宽度及圆心角为研究变量,通过开展具体试验进行探究。结果表明:在均质地基和双层土地基环形沟隔振中,环形沟宽度变化对其隔振效果影响较小,环形沟深度及圆心角是影响其隔振效果的重要参数,且深度和圆心角越大,隔振效果越好,但当地基土为成层土地基,环形沟深在临近土层分界面深度增大时,环形沟隔振效果相对减弱;在均质地基和双层土地基中,相同参数条件下,均质地基土较双层地基土具有更好的隔振特性;振源与环形沟之间及环形沟末端位置区域由于振动波的传播特性存在振动增强区域。     

双排隔振屏障对振动波的阻隔作用及动力响应分析

本文采用模拟试验的方法,对分层土地基中双排隔振屏障对振动波的动力响应进行了探讨,并研究了桩长与土层分界面位置关系、激振频率对其隔振效果的影响作用,得出结论:（1）屏障前振动强度远大于屏障后振动强度,并随着振源距、激振频率、桩长的增加而下降,且屏障前出现明显振动增强现象,在激振频率80 Hz时产生振动峰值,振动强度在高频时基本稳定,继续增加激振频率,振动强度并不会发生明显变化。（2）屏障后中线左右2倍桩长范围内为整个隔振区域的薄弱区,其他区域则由包络线围成一个封闭有效隔振区。（3）屏障对中频和高频有更好的隔振效果,且桩长越大有效隔振面积越大,当桩长超过土层分界面时,有效隔振面积可达到53.25%～69.78%,但此时有效隔振面积增幅由原来的14.29%下降到11.64%,增幅降低了约3%。（4）未设屏障区振动强度较小,随激振频率小范围内浮动,在激振频率为30 Hz和80 Hz时取得振动峰值,且随着屏障布置方向减小,即靠近屏障一侧振动强度较强,远离屏障一侧振动强度较弱。     

应用5种被动动力减振器时高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制优化设计的统一公式

目的是建立5种被动的动力减振器对长宽比较大的高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制优化设计的统一方法。文中,在建立了5种被动动力减振器对高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制统一的方程的基础上,导出了被动动力减振器对高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制效果最优等效阻尼比和被动动力减振器最优设计参数的基本公式。通过工程实例的计算与分析,本文比较了5种被动动力减振器对高层建筑侧移-扭转脉动风振反应的控制效果,讨论了动力减振器在楼层上设置位置对动力减振器最优设计参数和控制效果的影响,得到了2个有工程价值的重要结论。     

强震状态下黄土中桩基动力性状分析

传统通过p-y曲线法分析强震状态下黄土中桩基动力性状时未进行桩基结构模拟,获取的强震状态下黄土中桩基动力的相关动力参数不准确。本文提出新的强震状态下黄土中桩基动力性状分析方法,依据HS硬化模型设计HSS本构模型,通过模型获取强震状态下黄土中桩基动力的相关参数,以此为基础采用PLAXIS软件构建黄土中桩基有限元模型;通过两种模型从耦合荷载作用下的桩基桩身水平位移响应、桩身内力响应两方面对强震状态下黄土桩基动力性状展开实验分析。实验结果表明,所提方法可对强震状态下黄土中桩基动力性状进行准确分析。     

Seismic fragility assessment of RC frame structure designed according to modern Chinese code for seismic design of buildings

Following several damaging earthquakes in China,research has been devoted to find the causes of the collapse of reinforced concrete(RC) building sand studying the vulnerability of existing buildings.The Chinese Code for Seismic Design of Buildings(CCSDB) has evolved over time,however,there is still reported earthquake induced damage of newly designed RC buildings.Thus,to investigate modern Chinese seismic design code,three low-,mid-and high-rise RC frames were designed according to the 2010 CCSDB and the corresponding vulnerability curves were derived by computing a probabilistic seismic demand model(PSDM).The PSDM was computed by carrying out nonlinear time history analysis using thirty ground motions obtained from the Pacific Earthquake Engineering Research Center.Finally,the PSDM was used to generate fragility curves for immediate occupancy,significant damage,and collapse prevention damage levels.Results of the vulnerability assessment indicate that the seismic demands on the three different frames designed according to the 2010 CCSDB meet the seismic requirements and are almost in the same safety level.     

土体动剪切模量及其衰减特性现场试验研究

如何获取土体动模量原位衰减曲线是研究天然土层在循环动荷载下的动变形特性课题中亟待解决的难题。为此,本文自制了一套地震动参数现场试验系统,依据动剪切模量原位测试原理获得了不同深度土体在小应变范围内的动模量原位衰减曲线。试验数据表明:当剪应变小于4×10^－5时,土体变形处于线性阶段;当剪应变大于4×10^－5时,土体归一化动剪切模量G/G_max衰减加快,以塑性变形为主。同时,当向土层施加的垂向静荷载越大,归一化动剪切模量值G/G_max与对数剪应变值logγ_d之间的关系会逐渐上移,但直线段斜率值不变。相关成果可为试验场地的动模量取值提供一定参考。