水坝抗震分析的动力边界元方法

本文讨论了动力学问题中的几种边界元法,着重阐述了用静力Kelvin基本解和用一个简单函数系列表示惯性项以建立动力学问题的边界积分方程的方法;同时,用边界元离散技术求解动水压力,以实现流固耦合。文中给出了用边界元求解系统自振特性和在地震荷载作用下动力反应的数值技术。作为应用实例,文末分析了一个重力坝和水库,地基动力相互作用问题,说明这种方法在结构动力分析中比有限元法有独特的优越性,具有良好的应用前景。     

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。     

水平向不均匀土对箱基动力阻抗的影响

采用薄层元素法和有限单元法,建立了地基-箱形基础动力相互作用的三维分析模型,该模型可考虑箱形基础周围土的不均匀性影响.利用该模型,分析了水平方向不均匀土对箱形基础的水平和摇摆阻抗的影响.分析了水平方向不均匀土的厚度、剪切弹性模量以及材料阻尼比的影响.分析结果表明:水平方向不均匀土使得箱形基础的各种阻抗均降低,特别是阻抗的虚部.水平方向不均匀土对摇摆阻抗的影响较大.水平方向不均匀土的剪切弹性模量的影响较大而其材料阻尼的影响较小.随着水平方向不均匀土的厚度的增加和基础埋深的增加,其影响增大.     

高层结构-桩-土共同作用的地震反应分析

采用边界元特解样条函数提出了桩－土与上部结构共同作用的动力分析方程，分析了土桩刚度与阻抗的计算方法；指出在共同作用下，结构的动力特性发生了变化，结构自振频率减小，上部结构的位移、加速度分布不同于传统的以第1振型为主的倒三角形分布，而随着地基土软弱程度的加重越来越接近K型分布的特性。     

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。     

某核电站循环水泵房结构的地震反应分析

文中运用动力时程反应分析方法,针对某百万千瓦级核电厂,利用Ansys对循环水泵房结构进行了抗震分析。针对循环水泵房结构场地岩性、结构特点,分别考虑不同设计水位、运行和检修情况、波浪压力、静动水压力和土压力以及地震荷载的组合工况,对结构进行了抗震性能计算分析,得到结构构件各个截面上内力包络,该成果对循环水泵房结构设计具有参考价值和指导意义。     

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。     

土-大型地铁地下车站结构动力接触效应研究

以苏州地铁一号线的星海站为工程背景,考虑土与地铁车站结构非线性动力相互作用效应,分析了土与地下结构接触面的动力分离与滑移效应、土与地下结构接触面上动土压力和动摩擦力的分布规律与反应幅值,以及动力接触效应对地铁车站结构动力反应的影响规律。研究结果表明：强地震发生时,在地铁地下车站结构侧墙顶端,出现了土与结构接触分离现象,在车站结构顶底板处,土与结构产生了相对滑移现象;考虑动力接触效应时,地下结构总体动力反应是变小的。给出了车站结构侧墙上动土压力分布规律及其动土压力系数,以及车站结构顶底板上的动土压力分布规律及其反应幅值。研究结果对进一步了解土与地下结构的动力接触效应及其对地下结构动力反应的影响,具有一定的参考价值和指导意义。     

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。     

桩基—非线性框剪结构相互作用体系（下）—相互作用对结构地 …

本文研究桩基－非线性框剪结构相互作用体系的地震反应。其中上部框架和剪力墙结构分别用门型单元和四弹簧墙单元进行分析;桩基阻抗通过单桩阻抗和动力相互作用因子求得。采用频－时域混合法对解体系的动力方程,本文研究了在桩基－框剪结构相互作用体系地震反应分析中,桩基阻抗的频率相关性对结构地震反应的影响,并从土体剪切波速和地震波强度两个方面,研究了土－桩－结构相互作用对框剪结构地震反应的影响。     

桩基-非线性框剪结构相互作用体系(下)-- 相互作用对结构地震反应的影响

本文研究桩基-非线性框剪结构相互作用体系的地震反应。其中上部框架和剪力墙结构分别用门型单元和四弹簧墙单元进行分析;桩基阻抗函数通过单桩阻抗和动力相互作用因于求得。采用频-时域混合法求解体系的动力方程,本文研究了在桩基-框剪结构相互作用体系地震反应分析中,桩基阻抗的频率相关性对结构地震反应的影响,并从土体剪切波速和地震波强度两个方面,研究了土-桩-结构相互作用对框剪结构地震反应的影响。     

土-桩-结构相互作用体系的非线性地震反应分析

本文主要研究土-结构相互作用对于桩基础高层建筑的结构动力特性及其地震反应的影响以及土的非线性性质对于土-桩-结构相互作用体系的地震反应的影响。文中对一幢19层桩基-框剪结构建筑进行了结构动力特性和地震反应分析,根据所作分机可以得到一些初步的、定性的结论。     

四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中,强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用,反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用,此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例,用动力时程分析的计算结果作为校核,分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度,再结合常用的反应位移法,对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时,侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小,反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感,反应位移法在角点造成的误差最大。     

考虑土-结构相互作用的高层建筑抗震分析

本文采用通用有限元程序ANSYS,针对上海地区一例土-箱基-高层建筑结构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,利用粘一弹性人工边界作为土体的侧向边界,并研究了土体边界位置、土性、基础埋深、基础形式以及上部结构刚度等参数对动力相互作用体系动力特性及地震反应的影响。     

桩基—非线性框剪结构相互作用体系（上）——群桩阻抗函数的求取

为研究桩基－非线性框剪结构相互作用体系的地震反应,需要求解群桩基础的动力阻抗函数。本文利用单桩阻抗和群桩动力相互作用因子计算群桩动力阻抗函数,计算并讨论了不同构形群桩阻抗函数在软、中和硬土地基中的变化规律和特点。研究表明：群桩阻抗表现出很强的频率相关性,随土体剪切波速的增大,群桩阻抗有较大幅度的增加,但土体剪切波速的变化对群桩效率（规格化阻抗函数）影响不大。     

边界元法解弹性动力学问题

本文简要介绍了应用边界元法解弹性动力学问题的方法,这种方法亦称动力分析边界元法。文章说明了这种方法的优点,并对三种动力分析边界元法作了说明及比较。文中简要介绍了近年来动力分析边界元法的发展和应用,并提出了这种方法尚存在的问题和发展方向。     

地下结构动力反应特性数值模拟研究

通过数值模拟分析手段,比较分析了地下结构与地面结构动力反应特性的差异;专项研究了地震作用下地下结构所受动土压力变化规律以及地下结构与周围土层相对位移变化规律。结果表明:地下结构与地面结构相比动力反应物性存在较大不同;左右侧墙顶的动土压力峰值交替出现;侧墙的顶端和底端动土压力相对较大,出现了明显的应力集中;侧墙顶底部与周围土层最大脱开距离与侧墙中部相比较大。     

Iwan模型用于场址动力分析

土层动力反应分忻是进行地震小区划和选择重点工程设计地震动的重要手段之一。Iwan模型能较好地反映循环荷载下土的应力应变关系。本文着重讨论了Iwan模型中附加阻尼元件的特性。作者指出,该元件实际上等效于在运动方程中附加一个阻尼项;它和模型的连接方式,即取串联或并联的连接方式,决定于模型的荷载是力还是变位。据此编制了一个用显式差分方法分析一维场址动力反应的计算程序,该程序考虑了边界能量的透射和孔隙水压力的产生对士层反应的影响。文中还简略介绍了运用Iwan模型于烟台市地震小区划的结果。     

土-结构动力相互作用问题分析中地震动输入的一种新方法

为实现地震作用下土-结构动力相互作用问题的有限元模拟,需要在人工边界上完成地震动的有效输入,目前工程和科研中常用的地震动输入方法有两种:波动输入方法和振动输入方法。波动输入方法的模拟精度高,但实施上相对复杂且耗时,而振动输入方法处理简单,但模拟精度较低。针对应力型人工边界提出一种在人工边界上实现地震动输入的新方法,该方法通过对土-结构有限元模型中由人工边界节点及相邻节点组成的局部子结构施加自由波场位移时程并进行动力分析,从而直接获得可实现地震波动有效输入的等效地震荷载,然后在土-结构有限元模型的人工边界节点上施加等效输入地震荷载并完成动力计算,由此完成土-结构动力相互作用问题的地震动输入和地震反应计算。与原有波动输入方法相比,新方法避免了原方法需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件引起的附加力,以及需要根据不同人工边界面的外法线方向确定荷载作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用均匀弹性半空间和成层弹性半空间一维地震反应算例初步验证新方法的正确性和可靠性。     

考虑水流-结构强耦合作用的水流动力效应分析

在深水桥墩及桩基础等结构地震反应中,地震激励下的水流动水压力对水中结构的作用以及结构位形变化对水体的反作用,属于典型的流固强界面耦合问题。以一顶端伸出水面的圆柱式结构为研究对象,基于任意拉格朗日-欧拉描述的Navier-stokes方程,建立了考虑水流-结构强耦合效应的水流-结构三维有限元模型。以正弦位移波输入,考察结构材料模量、水流流速和水位、激振频率和位移幅值等多种因素,分析了结构表面作用的动水压力反应特征以及水流动力效应,探讨了水流动力效应的主要影响因素。结果表明：考虑流固强耦合作用时,结构表面作用的动水压力及其分布具有强烈的频率依赖性,高频激励可显著增强动水压力作用;由于结构周围流体具有一定的粘滞性及动载作用下具有较强的辐射阻尼效应,水流动力效应对结构的位移、内力反应均有一定的抑制作用;激振频率、水流流速和水位以及结构材料模量等因素,对水流动力效应均有一定的影响。