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。     

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。     

考虑土骨架非线性的饱和土-结构相互作用分析

强地震作用下,饱和土体将进入非线性,有必要考虑非线性饱和土的地震响应以及非线性饱和土-结构相互作用问题。本文采用Biot饱和多孔介质模型,基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov模型来描述近场区域内饱和土骨架的非线性特性,并采用集中质量显式有限元方法进行分析;远场区介质假定为线弹性饱和多孔介质,通过多次透射人工边界进行模拟;结构采用Newmark隐式时步积分方法进行分析。通过自编程序实现了非线性饱和土体的地震反应分析以及非线性饱和土-基础-结构相互作用分析。通过算例,对比分析了土体非线性对饱和土体、基础和结构反应的影响。     

土与结构动力相互作用体系振动台模型试验研究

设计并完成了土与结构动力相互作用体系的大型振动台模型试验，通过将同种加载条件下的刚性地基和柔性地基上结构地震反应进行对比，分析了SSI效应对一幢十层框架结构地震反应的影响。由试验结果可知：在SSI效应作用下，基底输入地震动的强度和频谱特性发生了显著的变化；由于SSI效应的作用，刚性地基和柔性地基上的结构地震反应存在较大差别，且在一定条件下，SSI效应对结构地震反应能起到减震作用。     

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。     

大型渡槽考虑土-结构相互作用的动力分析

根据某大型渡槽采用桩基础的结构特点,采用集中弹簧模型考虑土－结构相互作用;渡槽槽身采用薄壁梁段单元进行离散,考虑了渡槽槽身开口薄壁结构的横向变扭耦合振动、约束扭转变表等结构自身特性;渡槽支架采用空间梁单元进行模拟。文章建立了大型渡槽的动力方程,对比计算了考虑土－结构相互作用与不考虑土－结构相互作用渡槽模态和地震响应的差异,计算结果表明：考虑土－结构相互作用后,虽然对大型渡槽的模态和地震应应有所影响     

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。     

土—结构相互作用通用程序的改进

本文提出了用具有工程实用价值的透射边界替换通用程序ＦＬＵＳＨ中一致边界的方法。通过实例证明、二阶透射边界与一致边界具有相当的精度。改进后的程序ＷＭＮＳ－Ｆ１比ＦＬＵＳＨ具有更高的计算效率和实用性。     

倾斜基岩上的土-框架相互作用研究

倾斜基岩上的框架是山地、丘陵地区多见的一种结构形式，但以往对其抗震性能研究很少。本文利用二次开发后的ANSYS对倾斜基岩上的框架的抗震性能进行了上下部相互作用分析。在研究中发现，考虑土一结相互作用后，结构的高阶振型在地震反应中的参与程度提高；可能在结构的地震反应傅里叶谱中形成双峰；并使地震反应沿结构高度的分布不再沿直线变化，而呈锯齿状分布。由于倾斜基岩将降低土层对地震波的放大作用，但基本不改变地基的卓越频率，因此倾斜基岩将会抑制上部结构的地震反应；而倾斜基岩上结构的地震反应分布将比相应平坦基岩上结构的地震反应分布更接近直线形分布，但变化形状基本相同。     

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。     

3-D dynamic foundation-soil-foundation interaction on layered soil

In this work the interaction between adjacent rigid, surface foundations resting on a viscoelastic layered soil medium is studied. A 3-D frequency domain BEM formulation in conjunction with infinite space fundamental solutions and the so called `successive stiffness method', initially developed for elastostatics and adapted here for the solution of elastodynamic problems, are used for the simulation of a layered soil medium. As a result, a discretization of the soil-foundation interface and the surrounding free surface as well as the soil layers' interfaces is necessary. However, it is shown in this work that reasonably accurate results can be obtained by using a substantially reduced discretization scheme involving only a small portion of the free surface surrounding the foundation and the corresponding interfaces of the soil layers. The presented numerical results demonstrate the importance of the dynamic foundation-soil-foundation interaction phenomenon which becomes even more pronounced where the supporting soil medium is made up of relatively shallow layers close to its free surface.     

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。     

3D viscous-spring artificial boundary in time domain

After a brief review of studies on artificial boundaries in dynamic soil-structure interaction, a three-dimensional viscous-spring artificial boundary （VSAB） in the time domain is developed in this paper. First, the 3D VSAB equations in the normal and tangential directions are derived based on the elastic wave motion theory. Secondly, a numerical simulation technique of wave motion equations along with the VSAB condition in the time domain is studied. Finally, numerical examples of some classical elastic wave motion problems are presented and the results are compared with the associated theoretical solutions, demonstrating that high precision and adequate stability can be achieved by using the proposed 3D VSAB. The proposed 3D VSAB can be conveniently incorporated in the general finite element program, which is commonly used to study dynamic soil-structure interaction problems.     

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.     

均匀土-箱基-结构相互作用体系的计算分析

采用通用有限元程序ANSYS，针对捱动台试验中的均匀土-箱基-结构试验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，利用面-面接触单元考虑土体与基础交界面的状态非线性。计算表明，基础底面和土体发生滑移，基础侧面和土体之间发生了滑移和脱离，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，通过与试验结果的对照研究，二者得出的规律基本一致，验证了采用的计算模型与分析方法的合理性，为进一步计算研究和实际工程应用奠定了基础。     

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。     

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。