框剪结构土-结构相互作用地震反应分析

本文在全面考虑上部结构、基础及下部土体实际情况和受力特性的基础上,开发了一种平面框剪土-结构相互作用的简化分析模型。在这个模型中,利用矩阵位移法的概念,同时考虑框架和剪力墙(筒体)的协同工作原理,将上部结构简化成平面的框架-剪力墙(筒体)结构,这一模型可以很好地模拟常用高层建筑体系的弯曲特性和弯剪特性。地基土采用一块在计算平面内高度为H,宽度为B,而在出平面方向厚度为t的土体作为分析模型,并对MSC.Marc进行了二次开发,将多层土E-B本构关系模型作为子程序嵌入其中,使用E-B本构关系模型来考虑它的非线性特性,利用粘-弹性人工边界作为地基土的边界条件。用接触迭代算法考虑了桩、箱-土之间的相互作用。最后,采用本文的方法对某高层框剪建筑进行了分析,并与不考虑土-结构相互作用的地震反应分析结果进行了对比。通过算例,本文初步探讨了在土-结构相互作用模型中,考虑和不考虑桩-土间相互作用对结构地震反应的影响,并得到了一些结论,证明了本文方法的适用性。     

土-结构群相互作用体系地震响应振动台试验研究

设计并开展一系列土-结构群相互作用体系振动台试验,考虑结构数量、地震动类型与幅值等参数,研究土-结构群相互作用对结构及场地土响应的影响,并对模型土参数确定方法进行分析。研究结果表明,地表建筑物的存在并不总是减小自由场地面运动,但地面运动随着地表结构数量的增加而降低;土-结构群相互作用对位于结构群中心的结构响应影响最大,且会放大土体卓越频率附近的响应成分;不同评价指标之间具有不同的侧重点,但均可较好地评价结构群之间的相互作用;输入地震动的总能量越高,土-结构群相互作用越明显。     

高层建筑土-结构相互作用地震反应分析研究

土-结构相互作用是一个具有重大理论意义和工程应用价值的课题。在过去四十年的研究中,在理论和实践方面已取得重大进展,但仍存在许多有待进一步研究的重要问题,发展一种有效和实用的土-结构相互作用分析方法以及了解土-结构相互作用对结构地震反应的影响就是其中的两个问题。本文在国内外土-结构相互作用研究发展现状的基础上,以钢筋混凝土高层建筑为研究对象,进行了高层建筑土-结构相互作用地震反应分析研究,为重要个体高层建筑和一般高层建筑的土-结构相互作用地震反应分析提供了多种实用的分析手段,为认识土-结构相互作用对高层建筑地震反应的影响和抗震设计方法提供了依据。     

桩-土-结构相互作用弹塑性地震反应分析

采用动力有限元时程分析方法，以多高层框架结构为对象，研究了水平地震作用下桩-土-结构相互作用时上部结构弹塑性动力特性和规律。结果表明，弹塑性分析和弹性分析引起的结果有较大的差异；考虑弹塑性相互作用后柱的剪力、轴力和弯矩在不同的楼层有放大现象，按折减方法来考虑相互作用并非总是安全的，柱的剪力、轴力、弯矩和等效应力的折减系数沿楼层变化曲线不尽相同，应引起注意。     

桩-土-结构相互作用地震反应分析

从桩-土-结构在地震作用下的受力分析出发，考虑平面应变假设，用有限元法(FEM)建立相互作用系统的模型。文中用地震动反演法处理土层的动力放大现象，用读入刚度单元来处理不同类型单元交界处的连续问题。最后，结合实际工程进行相互作用体系的地震反应计算，得出了一些有用的结论。     

基于MSC.Marc二次开发的土体静力和地震非线性分析方法

本文在MSC.M arc提供良好的用户二次开发环境下,利用用户使用的应用编程接口USER SUB.HYPELA,添加了多层土的静力Duncan-Chang本构关系模型和动力等效线性化本构关系模型,并通过两个算例验证了本文二次开发的可靠性。     

考虑土-结构相互作用时地铁高架车站结构横向地震反应分析

基于ABAQUS软件平台,建立了土-桩-高架车站结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,考虑输入地震动的频谱特性,系统分析了地铁某上部高架车站结构的横向地震反应规律,给出了不同地震条件下车站结构地震横向变形、结构加速度反应和柱底动内力反应程度及其规律。结果表明：由于高架车站结构顶层质量集中较为严重,使得上层结构的动力反应明显大于下层结构,尤其是上层柱底的最大剪力和弯矩都大于下层柱底的对应值。同时,具有明显近场地震动脉冲特征的地震波更易增强结构的地震反应。分析结果能为类似轨道交通高架车站结构的地震反应分析和抗震设计提供有效的参考和指导。     

考虑土-结构相互作用的上海中心大厦地震反应

采用ANSYS有限元软件建立土-桩-上海中心大厦相互作用简化模型.其中,桩土区采用等效模型,近域土体定为塑性区,用DP模型模拟;外围的土域定为弹性区,用超单元来模拟.对考虑土,桩-结构相互作用的整体结构和以刚性地基为假定的上部结构分别进行地震反应分析,并完成了比较.最后,在整体结构中提取上部结构与下部结构处的加速度反应与原地震波叠加,形成修正地震波,为输入修正地震波能考虑相互作用因素来分析相同结构的精细模型地震反应提供了条件.     

平面剪切型结构考虑土—结构相互作用的地震反应分析

本文根据子结构法思想提出了相互作用体系在频域内的运动方程,同时应用波在连续介质中的传播理论和间接边界元法推导了格林影响函数,从而进一步推导了地基土的动力刚度系数。文中通过计算带埋置的刚性矩形基础的平面剪切型结构的地震动力响应,并与基底固定的计算结果作比较,得到了有意义的结论。     

考虑土-结构相互作用的西安钟楼地震反应分析

为探讨土-结构相互作用对西安钟楼地震反应的影响,建立了钟楼上部木结构-台基-地基三维有限元模型,基于粘-弹性人工边界条件,利用振型分解反应谱法进行了地震反应分析。结果表明,考虑相互作用木结构2层相对位移反应增大了2.12倍,台基相对于地面间的相对位移增大了44%。因此,在对钟楼结构进行地震反应分析时必须考虑土-结构相互作用。     

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。     

考虑土-结构相互作用的高层建筑抗震分析

本文采用通用有限元程序ANSYS,针对上海地区一例土-箱基-高层建筑结构进行了三维有限元分析,计算中土体的本构模型采用等效线性模型,利用粘一弹性人工边界作为土体的侧向边界,并研究了土体边界位置、土性、基础埋深、基础形式以及上部结构刚度等参数对动力相互作用体系动力特性及地震反应的影响。     

Effect of nonlinear soil-structure interaction on seismic response of low-rise SMRF buildings

The nonlinear behavior of a soil-foundation system may alter the seismic response of a structure by providing additional flexibility to the system and dissipating hysteretic energy at the soil-foundation interface. However, the current design practice is still reluctant to consider the nonlinearity of the soil-foundation system, primarily due to lack of reliable modeling techniques. This study is motivated towards evaluating the effect of nonlinear soil-structure interaction (SSI) on the seismic responses of low-rise steel moment resisting frame (SMRF) structures. In order to achieve this, a Winkler-based approach is adopted, where the soil beneath the foundation is assumed to be a system of closely-spaced, independent, nonlinear spring elements. Static pushover analysis and nonlinear dynamic analyses are performed on a 3-story SMRF building and the performance of the structure is evaluated through a variety of force and displacement demand parameters. It is observed that incorporation of nonlinear SSI leads to an increase in story displacement demand and a significant reduction in base moment, base shear and inter-story drift demands, indicating the importance of its consideration towards achieving an economic, yet safe seismic design.     

考虑土-结构动力相互作用效应的界限研究

开展了土-结构动力相互作用的模型试验,探讨了框架结构的近似有效基本周期,并研究了考虑相互作用效应的界限.模型试验中分别进行了刚性地基和柔性地基条件下的结构基本周期测试,并通过与理论计算结果的比较,验证了FEMA450中建议的有效基本周期计算方法能够有效预测土-结构相互作用效应的影响.利用FEMA450中建议的刚性地基上普通钢筋混凝土框架结构基本周期近似值的计算式,分别建立了明置基础、埋置基础的框架结构有效基本周期近似值的计算式,并以此分析了框架结构考虑相互作用的界限问题,提出了考虑埋置深度影响的合理界限.     

三维土-结构动力相互作用的一种时域直接分析方法

本文提出了一种分析三维土-结构动力相互作用的时域直接方法。该方法采用集中质量显式有限元和透射人工边界模拟无限域地基,通过编制的FORTRAN程序实现;采用ANSYS软件对上部结构进行建模分析,并通过FORTRAN程序对ANSYS软件的调用,实现了土与结构系统在地震作用下的整体分析。该方法为显隐式相结合的方法,地基和上部结构可采用不同的时间步距进行分析,可大大提高效率。通过两算例,验证了该方法的可行性。     

Evaluation of FEMA-440 for including soil-structure interaction

Replacing the entire soil-structure system with a fixed base oscillator to consider the effect of soil-structure interaction (SSI) is a common analysis method in seismic design. This technique has been included in design procedures such as NEHRP, ASCE, etc. by defining an equivalent fundamental period and damping ratio that can modify the response of the structure. However, recent studies indicate that the effects of SSI should be reconsidered when a structure undergoes a nonlinear displacement demand. In recent documents on Nonlinear Static Procedures (NSPs), FEMA-440 (2005), a modified damping ratio of the replacement oscillator was proposed by introducing the ductility of the soil-structure system obtained from pushover analysis. In this paper, the damping defined in FEMA-440 to include the soil-structure interaction effect is evaluated, and the accuracy of the Coefficient Method given in FEMA-440 and the Equivalent Linearization Method is studied. Although the improvements for Nonlinear Static Procedures (NSPs) in FEMA-440 are achieved for a fixed base SDOF structure, the soil effects are not perfectly obtained. Furthermore, the damping definition of a soil-structure system is extended to structures to consider bilinear behavior.     

结构-地基相互作用体系的动力相似关系研究

模型试验的动力相似理论是结构试验技术中的一个重要的基础性研究课题。本文设计实现了缩比为1／20和1／10的结构－地基相互作用体系的振动台模型试验，通过对两个模型的试验结果的对比研究。对结构－地基相互作用体系的动力相似关系进行了初步探讨。按照本文的动力模型的设计施工及试验原则进行的模型体系的振动台试验，在结构－地基动力相互作用体系的主要特征和规律方面有较好的相似性。在激励较小阶段和激励较大阶段，两个缩尺模型在动力特性、加速度反应时程以及上部结构的应变反应等方面具有较好的相似关系；但在试验的中间阶段，两者存在明显的差异，影响两个缩尺模型在试验中间阶段的相似性的主要原因是土体在模拟地震激励下的非线性发展程度的差异。     

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。