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。     

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。     

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。     

地震作用下相邻地下结构与土相互作用特性研究

针对简单框架式地铁车站结构的抗震特性研究已取得一定成果,但对于结构形式较复杂或多个地下结构间相互作用等问题仍需进一步探究。本文利用现有地震分析方法中的动力时程分析法对两个地下结构间相互作用的影响进行系统对比分析,其中主体结构为三层三跨车站、附属结构为两层三跨车站。主要探讨附属结构与主体结构间距离的变化、两结构间连接形式对场地土以及主体结构地震响应特性的影响,分析比较场地土变形、主体结构变形、层间位移角以及内力在不同工况下的地震响应特性。结果表明:相邻地下结构与土相互作用形式较独立结构与土相互作用形式对场地土影响更加明显;当附属结构与主体结构间距离超过两倍结构宽度,附属结构对主体结构周围场地变形影响效应可基本忽略;同样当附属结构与主体结构间距离超过两倍的结构宽度,附属结构对主体结构的变形、内力基本已无影响,因此地震情况下相邻结构间相互作用影响范围基本为两倍结构宽度。与此同时,附属结构的存在对于主体结构抗震特性是不利的,不同连接形式中单层通道连接的形式变形以及内力方面均小于双层通道连接形式。     

立式储罐与地基相互作用地震反应分析

在考虑地基与储罐相互作用的情况下,采用有限元法对储罐住水平地震荷载作用下的反应进行了计算。推导了系统刚度矩阵及质量矩阵的计算过程。通过对四种场地条件下的地震响应分析,得出了储罐各种参数对地震反应的影响。分析表明：不同的地震激励对储罐系统的反应是不同的;地基刚度对系统的动力响应的影响也很大：即地基越“柔”,基底弯矩、罐壁轴向应力越小,但环向应力和底板变形却在增加。     

桩－土－结构相互作用对非基岩核电站安全厂房地震响应的影响

针对我国某核电站,建立土质地基条件地基－基础－核岛结构的整体有限元模型。分别针对核岛结构、土－桩－核岛结构、土－箱形基础－核岛结构进行模态分析,获取非基岩核电结构的振动模态;采用显示动力时程分析方法对地基－基础－核岛结构整体模型进行反应分析。研究结果表明：桩基础可以明显增强地基的竖向刚度和上部结构的抗倾覆能力;与箱形基础相比,桩基础减小了上部结构的摇摆响应和竖向响应,但是会增大上部结构对水平向加速度的放大效应及楼板反应谱高频（3～6 Hz）响应;核岛结构受到惯性作用会在桩头产生较大的弯矩和剪力,设计时不可忽略桩头受到的弯剪作用;当核岛埋置深度较大且设置了箱形基础时,桩头被约束在一个较刚性的平面内,桩基荷载再分配效应减弱,角桩的地震危险性最大、边桩次之、中心桩最小。     

高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响

为了研究高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响,考虑高阶晃动振型,建立LNG储罐的简化力学模型,推导LNG储罐的运动控制方程,给出了LNG储罐的基底剪力、倾覆弯矩和储罐内液体晃动波高的表达式。以某16×10⁴ m³ LNG储罐为例,采用大型通用有限元分析软件ADINA System对其进行有限元模型分析,验证其修正模型的有效性,结果表明:高阶晃动振型对基底剪力和倾覆弯矩几乎无影响,但对晃动波高影响显著,尤其是长周期地震动作用下,并且考虑高阶晃动振型的晃动波高存在延时效应。提出的简化力学模型修正公式与有限元分析结果吻合较好,可以准确地预测LNG储罐地震响应。     

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。