桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响

在桩-土-结构弹塑性动力相互作用模型研究的基础上,设计了考虑场地类别、输入地震动等因素的基于相互作用模型的多层和高层钢筋混凝土框架结构算例,分析了桩-土-结构相互作用对结构弹塑性变形特性的影响,并与不考虑相互作用的结构底部固端模型的计算结果进行了对比。分析表明:相互作用对结构的弹塑性变形的影响不容忽视,考虑相互作用后梁柱塑性铰出现的程度降低;结构底部位移增加而顶部位移减小;薄弱层的层间位移可能增加而其余层的层间位移则减小。现行的结构弹塑性变形验算方法未考虑土-结构相互作用的做法的合理性值得进一步评判。     

桩土界面力学行为对桩基动力特性的影响

结合构建的饱和土结构性动力本构模型以及通用有限元程序,以城市高架桥梁建设中常采用的单柱墩基础为原型,建立了摩擦桩-土-结构体系、端承桩-土-结构体系的有限元-无限元计算模型。分完全粘结、滑移无开裂、开裂无滑移、开裂滑移四种情况考察了桩土界面力学行为对两种系统动力反应特性的影响,得出如下结论:无论是端承桩还是摩擦桩,界面力学行为对桩截面的剪应力和桩身水平位移分布形态影响均不大。四种情况中,完全粘结时,摩擦桩在近地表处桩截面剪应力值最大,开裂滑移时最小,而端承桩则刚好相反。水平位移分布均可分为线性增大和加速非线性增大两个阶段,以近地表处为分界点,且均以开裂滑移时最大,完全粘结时最小。界面力学行为极大地改变了端承桩桩身加速度时程的分布形态,但对摩擦桩则几乎没有改变;对于不同界面力学行为,两种桩型在近地表处均出现加速度峰值,完全粘结时值最大,开裂滑移时最小。相比摩擦桩而言,界面力学行为对端承桩的影响要大的多,研究分析时应引起足够的重视。     

接触对桩-土-结构动力相互作用体系的影响

为了考察桩-土接触效应对结构地震反应的影响,利用有限元软件ABAQUS建立了土-桩-框架二维有限元模型,分别采用损伤塑性模型和动力粘塑性记忆型嵌套面模型模拟混凝土和土体,利用rebar单元模拟混凝土内的钢筋,取得了较好的计算效果.计算分析中采用19条不同频谱的地震波记录,考虑了地震动强度、桩径、摩擦系数等因素,以层间位移角和桩顶最大位移为主要评价指标,揭示相互作用体系的动力响应特性.分析认为,计算结果对桩、土摩擦系数的取值不敏感;不考虑土-桩接触时,近场土体的动力反应与实际情况存在一定的误差,且上部结构和桩基的动力反应会被低估,应该考虑桩-土动力接触效应;地震动强度增加时,随着结构进入塑性状态,低估程度减小;桩径增加时,低估程度没有显著变化,虽然桩基和上部结构的反应都有所减小.     

桩-土动力相互作用分析模型的对比分析

本文对常用的刚结模型、铰结模型、接触模型、简化模型和弹簧模型五种桩-土动力相互作用分析模型进行了对比研究,分析发现：不同的分析模型有不同的适用范围,在桩-土动力相互作用分析时应根据所关心的问题选用不同的分析模型。本文给出了选择模型的建议,一般优先采用接触模型,次优为铰结模型。     

桩-土-结构动力相互作用的分析模型与方法

针对柱－土－结构动力相互作用问题中桩的分析模型、群桩效率和整个体系的分析方法等问题总结了其发展现状，讨论了今后的发展趋势，并就有待深入研究的问题提出了作者的观点。     

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。     

土-桩-隔震结构非线性动力相互作用分析方法综述

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。     

桩土相互作用分析中的动力Winkler模型研究评述

Winkler地基梁集中参数模型在桩一土动力相互作用分析中得到了普遍应用,在现有研究成果的基础上,对桩一土相互作用分析中的动力Winkler模型进行了较全面的综述,指出了各种模型的优缺点,并对有待于深入探讨的问题及发展动向进行了简要评述,为今后深入研究提供了基础。     

液化微倾场地群桩-土动力相互作用p-y曲线特性

基于OpenSees计算软件建立液化微倾场地群桩-土动力相互作用有限元模型,分析液化微倾场地饱和砂土p-y曲线特性,系统研究了场地倾斜角度、桩径、地震作用幅值和基桩位置对饱和砂土动力p-y曲线特性影响。研究表明:土体即将液化时,桩基土反力达到峰值;土体液化后,土体表现出了流体特性;土反力峰值、桩土相对位移峰值和初始刚度随场地倾斜角度增加而增大;桩径越大,液化砂土的耗能效应越明显;随着地震作用幅值的增加,桩土相对位移峰值和土反力峰值也随之增加;液化微倾场地上坡桩受到的土体侧向流动力大于下坡桩。     

桥梁-桩-土相互作用三维地震反应分析方法

利用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,提出了一种大跨度斜拉桥在地震作用下考虑SSI效应的三维整体时程反应分析方法,比较了考虑桥梁结构线性和非线性两种情形的计算结果,并对其计算效率进行了探讨。     

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。     

土-结构动力相互作用对结构控制的影响

本文研究了土-结构动力相互作用对采取不同控制措施的结构控制效果的影响。文中首先建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)、半主动磁流变阻尼器(MR)和被动多重调谐质量阻尼器(MTMD)等三种结构控制措施在时域中的控制算法和控制律，然后基于子结构法，采用间接边界元方法，通过傅里叶变换，推导了分别安装三种结构控制措施的受控结构在频域中的运动方程，数值仿真分析了某36层高层建筑的地震反应及其控制效果。结果表明，当采用ATMD或MTMD控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有所减小；当采用MR控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有很大程度的减小。由此看来，在设计软土地基上高层结构的结构控制措施时，不考虑土-结构动力相互作用对结构控制效果的影响是偏于安全的。     

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.     

考虑相邻结构影响的土-结构动力相互作用研究综述

对相邻结构动力相互作用(DCI)的研究历史与现状作了回顾和介绍,将其发展过程分为三个阶段,并对各时期发展的主要内容和特点进行了概述,最后对该领域今后的研究趋势作了分析。     

土-结构动力相互作用研究综述

土与结构动力相互作用是当代力学领域的前沿性研究课题,具有很强的实践性。对土与结构动力相互作用的研究历史与现状进行了介绍,简要综述了当前土与结构动力相互作用的研究方法,重点介绍了目前关于土与结构动力相互作用问题中从无限域转化成有限域的人工边界研究进展问题,并对该领域今后的研究工作提出了建议。     

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.     

结构-地基相互作用体系动力特性参数的简化计算方法

本文首先介绍了几种计算结构－地基相互作用体系动力特性的简化方法，并用振动台模型试验的数据资料进行计算分析，讨论了各方法的局限性；在此基础上，提出了一种改进的简化计算方法。在该方法中，主要改进是合理考虑了桩基对体系刚度的贡献。     

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。     

土-结构相互作用地震反应分析软件及其二次开发

本文简要介绍了目前在土-结构相互作用分析中常用的有限元软件ANSYS7.0、FLAC和MSC.M arc,通过比较评价其各自优缺点和适用性后,根据高层建筑结构土-结构相互作用地震反应分析的特点,建议利用带有灵活接口的大型非线性有限元分析软件MSC.M arc作为其分析工具,并尝试对MSC.M arc进行二次开发,将多层土E-B本构关系模型作为子程序加入其中。