地基阻抗与结构地震反应

本文研究了具有箱基或刚性较好的筏基的建筑物天然地基的阻抗及其对结构地震反应的影响,给出了考虑基础形状及埋深、分层地基土及其有限厚度、大应变和材料阻尼等影响因素的地基阻抗实用算法。文中研究了地基土、地震烈度、基础埋深和房屋高细比等对地基阻抗的影响。文中还研究了地基土对剪力墙结构房屋地震反应的影响。     

土-结构相互作用对铅芯橡胶支座隔震效果的影响

现有的基础隔震理论大多沿用刚性地基假定,忽略土-结构相互作用。由于地基土的柔性和无限性,土-结构相互作用会对基础隔震体系的隔震机理产生直接影响。因此,考虑土-结构动力相互作用对隔震结构体系隔震效果影响的研究十分必要。本文把地基土视为匀质、各向同性的黏弹性半空间,用等效双线型恢复力模型模拟铅芯橡胶支座的非线性,建立基础隔震体系单质点力学模型和运动方程。通过ANSYS软件进行数值模拟,用D-P材料考虑土的材料非线性,用接触单元模拟土与结构的接触非线性,分析土-结构动力相互作用对铅芯橡胶支座隔震效果的影响。     

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-结构体系的分枝模态与约束模态混合二步法

为了在结构设计过程中考虑土-结构非线性相互作用的影响,在线性-非线性混合的约束模态法以及分枝模态法的基础上,提出了适用于土-结构非线性相互作用体系的分枝模态与约束模态的混合方法,该方法既可考虑土体和结构的非线性特性又便于考察土-结构相互作用对上部结构的影响。在分枝模态与约束模态混合方法的基础上,进一步提出了混合二步分析法,并将其应用到地基土-框架结构地震响应分析中,算例结果表明,混合二步分析法在实现上部结构和地基土分开计算的同时,还能够考虑结构与地基土的材料非线性特性,有利于采用专业设计软件仅通过对上部结构进行分析来考虑土-结构相互作用的影响,为实际工程计算考虑土-结构相互作用的影响提供了便利的条件。     

悬吊环式土-结构动态接触试验装置系统的研制及验证

为了更进一步研究土与结构相互作用中界面的动态接触特性,在DYS-200-1-05电动振动系统基础上研制了一种悬吊环式试验装置系统.该装置系统具有如下功能特点:(1)可以分析加载频率、加载速率对土与结构接触特性的影响界面;(2)法向为常应力控制,切向可实现不同频率加载;(3)考虑了剪切外力作用过程中土体的剪切变形特性,故可以研究试验过程中土-结构系统破坏与土体自身变形破坏的关系.试验结果表明,本试验装置系统的性能可靠,为后面系统研究土-结构界面动态接触性能奠定了基础.     

近场水平、竖向地震共同作用下地基-基础-RC框架结构抗震性能研究

本文运用SAP2000对一10层钢筋混凝土框架结构在双向地震作用和单向地震下,考虑土-结构相互作用并计入重力二阶效应影响和不考虑二阶效应、采用刚性地基假定的情况分别进行动力时程分析,对比研究该结构抗震性能的变化规律。然后针对竖向地震作用展开进一步研究,探讨地震波的竖向和水平PGA比值对结构地震响应的影响规律。研究表明:(1)近场双向地震作用下,采用刚性地基假定,分析得到的结构地震响应比考虑土-结构相互作用时小,偏于不安全。(2)近场双向地震作用下地基-基础-RC框架结构的地震响应比单向地震作用时大,且随着场地土变软,不利影响增大,表明竖向地震作用不容忽视。(3)近场地震中,考虑土-结构相互作用的情况下,结构抗震性能在地震竖向和水平PGA比值为0.6左右时所受影响最小,比值为0.7左右时所受影响最大。     

高耸混凝土烟囱土-结构相互作用地震反应分析

目前在高耸混凝土烟囱结构抗震设计和抗震性能评估中,由于缺乏合适的计算模型,一般采用刚性地基假定而忽略土-结构相互作用效应,或者采用传统的集中参数模型而忽略土的非线性特性。针对此不足,本文选用240 m高的钢筋混凝土烟囱作为研究对象,采用OpenSees程序,基于非线性文克尔地基梁模型和基于柔度法的分布塑性梁柱单元,建立了土体-基础-上部结构共同工作的整体非线性有限元分析模型,详细介绍了非线性文克尔地基梁模型主要参数的确定方法;研究了地基土非线性对高耸烟囱结构地震反应的影响,给出了考虑土-结构相互作用效应后结构周期、上部结构的内力和变形分布的变化规律。分析结果表明:考虑土-结构相互作用后,结构的自振特性、内力及节点位移都发生了不同程度的改变;考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型,峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数与不考虑土-结构相互作用时的结果之比分别介于0.921~1.219、0.732~1.29和0.822~1.536;而不考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型,峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数与不考虑土-结构相互作用时的结果之比分别介于0.838~1.578、0.92~1.76和0.656~2.831。不考虑土体非线性特性的土-结构相互作用模型的峰值截面弯矩、剪力及截面曲率延性系数的取值总体上较大,高估了烟囱结构在地震荷载作用下的内力需求。     

考虑土-结构动力相互作用的TMD结构减震控制

本文分析了TMD(Tuned mass damper)在刚性地基和柔性地基情况下的减震控制机理,以某6层钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别考虑了土-结构动力相互作用对无TMD控制结构的影响,场地条件对TMD减震控制性能的影响和土-结构动力相互作用对TMD减震控制性能的影响。通过分析得出TMD控制系统的减震效果除了与输入地震动特性有关外,还与场地条件、上部结构和基础的动力特性等因素有关。如果土-结构动力相互作用体系的自振周期远离输入地震动的卓越周期,则相互作用体系的地震响应较小。地基土越软,框架建筑结构层间相对位移地震响应也就越小。如果考虑土-结构动力相互作用效应的影响设计TMD调频系统的自振周期,则TMD的控制效果会有一定程度的提高。     

基础提离及桥墩弹塑性对结构地震反应影响的研究

浅平基桥墩在承受强震作用时其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态。同时,当结构遭遇设防烈度地震或罕遇地震时,结构往往处于非线性状态,这都会导致桥梁的严重破坏。本文以兰州小西湖黄河大桥为工程背景,采用场地超越概率为10%人工地震波,研究了在弹塑性Winkler地基上同时考虑桥墩塑性时的结构地震反应。通过非线性时程反应分析得到:考虑地基和桥墩的非线性使得桥墩墩顶的位移增大,墩底弯矩减小,这对保护桥墩是有利的;同时得到,小西湖黄河大桥当遭遇罕遇地震(大震)时桥墩已进入屈服,但其屈服曲率不到破坏曲率的1/2,该桥能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计目标。     

考虑桩-土-结构动力相互作用的土质地基条件下核岛厂房地震响应分析

在有限元框架内以全耦合方式考虑群桩效应的影响,引入粘性人工边界模拟无限地基辐射阻尼效应,并采用等效线性法模拟地基非线性特征,建立了嵌岩桩-土-结构动力相互作用计算模型;基于此模型,以CPR1000核岛厂房结构为研究对象,综合对比分析原状土质地基条件下和嵌岩桩处理地基条件下核电厂房地震响应。研究结果可为类似地基条件下核岛厂房的抗震设计提供参考。     

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。     

地下结构地震反应分析中材料非线性的影响

基于静、动统一数值分析方法,建立了考虑土与结构接触效应和材料非线性的地下结构地震反应分析模型,并利用通用有限元软件ANSYS对某地铁地下结构地震反应进行数值模拟,探讨了地下结构的非线性地震反应规律,并分析了材料非线性对地下结构地震反应的影响。结果表明:考虑土与地下结构材料的非线性特性后,地下结构在强地震作用下发生了较大的塑性变形,应力、应变最大值位置发生明显变化,应力、应变状态发生明显改变,而对位移、速度、加速度反应的影响不大。     

土-结构动力相互作用及基础形式对超大型冷却塔结构地震反应的影响分析

采用ABAQUS有限元分析软件,分别对基于刚性地基假定的环板基础、考虑土-结构动力相互作用的环板基础和桩基础超大型冷却塔模型进行了模态分析、弹性和弹塑性时程分析,研究了土-结构动力相互作用和基础形式对超大型冷却塔结构动力特性和地震反应的影响。结果表明:当考虑相同阶数的振型时,刚性地基模型的振型参与质量系数最小。地震作用下,刚性地基模型和桩基础模型的加速度响应、支柱内力、塔壳混凝土主应力等一般比考虑土-结构动力相互作用的环板基础模型偏大,但塔顶水平位移偏小。土-结构动力相互作用比基础形式对冷却塔动力特性以及地震反应的影响更大,且二者对冷却塔竖向振动的影响比水平向大。三种模型计算所获得的冷却塔薄弱部位均集中于支柱,且支柱最大侧移角相差不大。     

考虑基础提离与塑性的桥墩地震反应

浅平基桥墩在承受强震作用时,其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态.精确模拟上述两个问题是非常困难的.本文分析中地基采用了能考虑基础提离及地基塑性的弹塑性Winkler地基模型,采用1940年El Centro(NS)地震记录作为输入,对三个不同高度的双柱式浅平基桥墩进行了非线性时程分析.研究结果表明,基础提离和地基塑性对双柱式桥墩的地震反应有很大影响.考虑地基非线性后,墩顶位移增大,剪力减小,对保护桥墩减小震害是有利的.     

论结构物的竖向地震输入

本文以烟囱为例研究了结构的竖向地震输入问题。研究结果表明,基础弹性和截面的变化对行波输入系数γ_v的影响很小。给定基础底部的地震输入,在地震工程感兴趣的频段内(0—20赫兹),|γ_v|=1,即基础不会引起竖向地震输入的放大。文献〔7〕采用的基础对地震输入具有很强的放大效应的假定是不合理的。 对于一般中等坚硬土壤,高耸结构-土竖向共同作用的结果很可能导致结构基底和附近自由地表地震动频谱的显著差异。文中导出的反映这一差异的传递函数T_v为下列课题的研究提供了线索:1.校正高耸结构物对竖向地面运动的影响,把结构基底的强震记录转化为自由场地面运动记录,以用于近场地震学的研究;2.将自由地面竖向运动记录转化为结构基底地面运动,以用作按反应谱理论计算结构反应的地震输入;3.通过对比理论和观测的传递函数T_v来推断结构-土系统竖向运动的整体动力特性。 就烟囱等高耸结构的竖向地震反应而言,对于一般中等坚硬土壤,整个结构-上体系的阻尼力主要来源于地基内的辐射阻尼。结构阻尼和辐射阻尼相比可以略去不计。所以将地基简化为静力弹簧的处理方法〔5〕只能运用于坚硬地基,其它情况下可能导致较大的误差。 本文还就当前我国地震工程界围绕竖向地震力的争论提出了一些看法。     

桩土共同作用下桩长对结构抗震性能影响分析

桩基础是松软深厚地基上高层建筑的主要基础形式,其长度直接影响高层建筑的抗震性能。尽管桩基础有较广的应用范围,但桩长与结构整体抗震性能的相关性研究还颇为少见。根据上海某高层建筑地基基础结构数据建立软土地基上桩基础高层建筑平面动力有限元计算模型,以横观各向同性材料模拟软土地基,弹性阻尼人工边界模拟地基半无限体,薄膜单元模拟桩土间接触滑移性能,并考虑桩-土-结构共同作用,采用上海地铁某车站地震监测数据作为地震波输入,在其他条件不变的情况下选择各种桩长进行计算,根据计算结果分析讨论在该模型条件下桩长选择对上部结构以及桩基础整体抗震性能的影响,提出优化方案。     

土体-结构界面接触对地下结构动力反应的影响

迄今为止,关于土体与结构交界面的接触效应对地下结构地震反应的影响尚未引起研究者们的重视,成果鲜有报道。本文基于接触面对法和非线性有限元波动分析方法,建立了考虑土体与结构界面接触效应的地下结构非线性地震反应分析模型和计算方法,并利用大型有限元软件ANSYS进行了求解。分析结果表明：土体与结构界面的接触效应对地下结构地震反应有明显影响,可能增大地下结构节点的峰值加速度、峰值位移和峰值应力反应;随着接触摩擦系数的增大,接触点的相对滑移逐渐减小,而接触应力的变化则无明显规律。     

考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析

运用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,进行了考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥地震反应分析。考虑混凝土、土介质和悬索材料的非线性与考虑材料线弹性的计算结果比较表明,考虑材料非线性情况时,由于进入塑性阶段后的能量耗散,内力比考虑线性情况时小;而进入塑性阶段后,结构刚度变小,运动量要比考虑线性情况时大。     

复杂地基条件下桩-土-核岛结构相互作用模型研究

合理有效地模拟桩-土-结构动力相互作用是软土地基条件下核岛厂房结构抗震适应性分析及地基处理的关键环节。以某拟建核岛厂房实际工程为研究背景,结合SuperFLUSH软件平台,以Goodman单元模拟桩与桩周土间的接触效应,采用等价线性法描述近场软土地基非线性特性,并在模型底部和侧面引入黏性边界模拟半无限地基辐射阻尼效应,从而建立土质地基条件下桩-土-核岛结构相互作用分析模型。进而,通过对原状地基和嵌岩桩处理地基条件下核岛厂房的楼层反应谱、结构节点相对位移（绝对值）的对比分析,探讨考虑桩-土间接触效应的嵌岩桩基对核岛厂房结构的影响规律。研究成果可为实际工程中类似土质地基条件下核岛厂房结构的地基处理提供参考。     

高速铁路桥梁-桥墩-桩基础-地基耦合系统的地震反应

高速铁路中的桥梁常采用灌注桩基础以控制沉降,地震作用是桩基础的设计工况之一。建立桥梁-桥墩-桩基础-地基为一体的耦合系统非线性三维数值分析模型,以典型地震波为输入,考虑上部结构和基础的共同工作、土-结构动力相互作用、材料非线性和土层对桩的侧阻及端阻作用,开展三向地震作用下的动力有限元计算,并对地基主要土层压缩模量、桩体材料弹性模量、桩径和桩长进行参数敏感性分析。计算结果表明:现行的桩基础设计方案能有效控制地震荷载作用下桥梁的变形;地震过程中的不同时刻,桩侧阻发挥程度不同且不可忽略,以单纯的梁单元模拟桩的动力学行为的适用性值得商榷;桩长和地基主要土层压缩模量对桥梁地震反应影响最大,桩体材料弹性模量的影响次之,桩径的影响最小。