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。     

高层结构考虑土与地下室相互作用的振动台试验和理论分析

采用振动台试验研究了土与地下室相互作用对带多层地下室高层错位转换结构地震反应的影响.在7度小震阶段对比研究了其地下室周围有土及砂等介质约束和无约束情况下的动力特性和动力反应.在7度中震及大震阶段,土与地下室相互碰撞现象被发现.采用有限元方法非线性模拟了土与地下室相互碰撞对高层结构反应的影响.试验及分析表明,水平地震作用下土与地下室相互碰撞会对高层结构,特别是在±0.000附近部位产生不利反应,大震作用下并能造成一定程度的破坏.     

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-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验:试验方案设计

以南京地铁的建设背景为基础,对含有可液化土层的深厚软弱场地上双洞单轨的地铁区间隧道结构进行了大型振动台模型试验研究。根据本次试验的目的和特性,首先给出了模型体系相似比的设计基本原则,并对整个模型体系进行了相似设计,对模型土和模型结构的制备方法和模型材料的物理特性进行了室内试验研究,同时,根据对隧道地震反应分析的数值模拟结果,对传感器的选择及其布置方案进行了分析。最后,根据南京及其周边地区的地震环境,对台面输入地震动的选取及其加载方法进行了具体的阐述。试验结果表明本文对土-地铁区间隧道动力相互作用的大型振动台模型试验的设计方案是合理的,对相关试验结果的整理和分析见另文。     

土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验——试验结果分析

在进行土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台模型试验中,分别测出了模型地基的加速度反应、隧道结构的加速度反应、结构的侧向土压力反应和隧道结构的应变反应.本文首先对模型体系的加速度反应实测值进行整理,分析了模型地基的边界模拟效果、模型地基和隧道结构的加速度反应规律.其次,对模型隧道结构的应变实测结果进行了分析,给出了地铁区间隧道在水平向地震动作用下横截面的应变分布规律,分析了模型箱侧壁与地基土以及隧道结构与土体接触面上的动土压力实测结果及其反应的规律.最后,对试验中模型土的液化现象、地震裂缝和地下结构上浮等震害现象进行了描述.     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验研究进展

本文在全面归纳与总结液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验及与之相关领域的国内外研究进展基础上,直接针对我国桥梁工程中的主要震害问题,提出在我国开展液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验研究的必要性,并阐述作者对液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验中若干问题的认识.     

用ANSYS模拟结构-地基动力相互作用振动台试验的建模方法

本文以结构-地基动力相互作用振动台模型试验为基础,结合通用有限元软件ANSYS,对结构-地基动力相互作用体系进行有限元计算建模的一些问题作了研究,主要包括柔性土容器的模拟、土体动力本构模型的选用、土体与结构交界面上的状态非线性模拟、网格划分、重力的考虑、结构中钢筋的处理以及对称性的应用等.文中给出了利用上述建模方法对结构-地基动力相互作用体系进行计算的一些加速度时程结果,并与试验结果相对照,吻合较好.通过计算分析,验证了简化处理方法的合理性和计算模型的可行性.     

分层土-基础-高层框架结构相互作用体系振动台模型试验研究

本文设计实现了分层土－基础－高层框架结构相互作用体系的振动台模型试验,再现了地震动激励下上部结构和基础的震害现象和砂质粉土的液化现象。通过试验,研究了相互作用体系地震动反应的主要规律：由于动力相互作用的影响,软土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构－地基相互作用的结构频率,而阻尼比则大于结构材料阻尼比;体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线明显不同,基础处存在平动和转动。土层传递振动的放大或减振作用与土层性质、激励大小等因素有关,砂土层一般起放大作用,砂质粉土层一般起减振隔振作用;由于土体的隔震作用,上部结构接受的振动能量较小,各层反应均较小。上部结构顶层加速度反应组成取决于基础转动刚度、平动刚度和上部结构刚度的相对大小。     

土体非线性对土－结构动力相互作用的影响——以Millikan图书馆为例

文中采用有限元－间接边界元（FEM－IBEM）耦合法,研究土体非线性对土－结构动力相互作用（SSI）的影响。二维模型中,远场土体采用间接边界元法（IBEM）模拟,近场土体采用有限元法（FEM）模拟;采用等效线性模型考虑土体非线性。以著名的Millikan图书馆为例计算表明,土体非线性对SSI有明显影响。考虑土体非线性后,结构基底剪力、层间位移角以及系统频率均明显降低,而且地震波幅值越大,或土体非线性越强,非线性动力响应的降低程度越大。研究对于定量评估土体非线性对SSI的影响具有一定的参考价值。     

土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

以南京地铁为背景,开展了深厚软弱场地土-地铁地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验研究.在试验中获得的主要数据有:模型体系的加速度反应时程、模型结构的应力反应时程和结构表面的土压力时程等.本文对试验反映的地铁车站结构的动力反应规律及其周围模型地基的地震反应规律进行了分析.结果表明:车站结构的中柱应变反应明显大于别的构件,同时,深厚软弱地基上车站结构侧墙底部的应变反应也明显大于侧墙顶部的反应,其中,车站结构顶板、中间层楼板和底板的应变反应都很小:输入地震动的频谱特性对车站结构应变反应的影响是不同的,在同一加载情况下,在台面输入傅氏谱频宽最大的南京人工波时车站结构应变反应最大.     

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。     

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验数值模拟方法研究

直接针对大型振动台模型试验,建立液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用数值模拟的二维分析模型和计算方法。根据桩基平面应变假定,将空间桩体转换成平面板桩,并考虑桩的尺寸效应;基于桩截面节点位移协调条件和平衡力系等效原理,建立四结点梁单元刚度矩阵且对Timoshenko梁杆单元刚度矩阵进行增广修正,以考虑桩的横向尺寸影响桩周土位移场分布的尺寸效应。根据有效应力原理进行土动反应分析,采用满足M asing准则的修正双曲线模型描述土动力变形的本构关系,同时考虑因孔压上升造成土体软化而对土动力性能的影响,由迭代法处理土的动力非线性。采用并联弹簧-阻尼器模拟计算域人工边界,以考虑边界波的反射作用对体系动力反应的干扰和土粘滞阻尼的影响。采用W ilson-θ逐步积分法计算体系的地震反应。通过与试验结果的对比分析,评估数值模拟的建模途径和计算方法的可靠性。     

考虑土-结构相互作用的振动台实时子结构试验仿真分析

本文基于状态空间方程进行了实时子结构试验的初步探索,提出了一种新的实时子结构试验方法。通过simulink仿真发现,这种方法能很好地再现整体分析的结构反应。最后,对考虑土-结构相互作用的振动台实时子结构试验进行了仿真分析。     

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.结构-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.     

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。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的\"上盘效应\";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的\"下盘效应\"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

足尺钢框架振动台试验及动力弹塑性数值模拟

本文通过有限元分析程序OpenSees对一足尺四层钢框架结构进行静力及动力弹塑性分析,结构构件采用自由度较少的纤维模型模拟。在振动台试验之前,预测足尺钢框架结构连续在小震、中震及大震作用下的响应,将预测分析结果与振动台试验结果进行对比,结果显示该数值模拟方法能很好地反映结构的弹塑性行为及破坏机制,准确预测结构的地震响应及大震下结构倒塌时间。这进一步说明基于纤维模型的整体结构弹塑性分析方法,由于自由度数少,适用于整体结构抗震分析。