上海软土自由场地的三维地震响应分析

建立了上海软土的三维动力分析模型,其中基于上海典型软土土层动力试验数据,建议采用Davidenkov模型描述上海软土的非线性动力特性,研究了上海软土的地震响应规律.计算表明:(1)从土体底部到表面,地震波的高频成分减少,低频成分增加;(2)软土并非总是放大地震响应,而取决于软土与地震波的特性;(3)在进行自由场地震分析时,将其简化为平面应变问题考虑是可行的;(4)软土动剪切模量与动剪应变关系的计算曲线与试验曲线吻合较好,表明采用本文推荐的模型考虑软土的非线性特性是合理的.本文的研究成果可为软土地区工程的抗震设计提供参考.     

基于土与高层建筑群相互作用振动台试验的土体动力非线性模拟

在动力荷载作用下,土与建筑群的动力相互作用中,土体表现出明显的动力非线性。同时振动台实测值与计算值对比分析中,土体的模拟至关重要。本文基于土与高层建筑群动力相互作用的振动台试验实测数据,应用Davidenkov地基模型实现土体动力非线性模拟。首先由土体的实测材料值拟合出Davidenkov地基模型内的相应参数值,然后用ANSYS编制计算程序,建立土与高层建筑群动力相互作用振动台试验的有限元模型,最后将计算值与试验值进行对比分析,验证Davidenkov地基模型用于此振动台试验的准确性。     

黏性土的动剪切模量比和阻尼比与剪应变关系的统计分析

动剪切模量比和阻尼比是土体重要的动力特性参数,这两种参数取值的合理性对场地地震响应分析的结果有重要影响.为进一步完善黏性土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化关系的研究,给出了新的计算模型和推荐曲线.新曲线的计算模型基于Davidenkov模型和新的阻尼比计算模型,通过对搜集的大量黏性土数据进行非线性回归分析后得到.将分析结果与已有国内外学者的成果进行对比,验证了新计算模型具有较好的可靠性和工程实用性.     

上海软土地震响应的振动台模型试验及其三维数值拟合分析

对上海典型软土地铁车站结构振动台模型中的自由场振动台模型试验建立了三维计算模型,包括计算范围的确定,材料本构模型的选取,动力边界条件的选用以及地震波的输入等4个方面.用该模型对自由场振动台模型试验进行了三维的拟合分析,并将计算结果与实测结果以及二维拟合分析结果进行了比较分析,表明三者吻合较好.说明该计算模型可用来模拟模型土的动力特性,可为建立上海软土三维地震响应的计算方法提供基础.     

考虑土-结构相互作用的空间网格结构地震响应分析

阐述了人工黏弹性边界的机理及实现地震动输入的方法,采用MATLAB软件编制了等效节点荷载计算程序。通过算例分析将理论解与数值解进行对比,验证了程序的正确性。利用ABAQUS软件建立了位于典型软土场地的正放四角锥网架土-结构相互作用体系数值仿真模型,分析了考虑土-结构相互作用后对结构动力特性的影响,并且对土-结构相互作用体系进行了动力时程分析,得到了网架结构的加速度响应、相对位移和杆件内力的分布规律,并与刚性地基假定下结构的响应进行了对比和分析。结果表明,考虑土-结构相互作用后分析所得结构峰值加速度、相对位移和杆件内力等性能指标均有显著增大。不考虑土-结构相互作用可能会低估软土场地上的空间网格结构的地震响应。进行软土场地上空间网格结构工程抗震分析时应考虑土-结构相互作用对结构地震响应的影响。     

深厚软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响

工程场地中透镜体对地震动具有重要影响,但目前对该问题的研究比较少,尤其是深厚软土场地中的透镜体问题还鲜有研究。本文采用有限元-间接边界元耦合法,建立非线性土-结构动力相互作用模型,并对方法计算精度进行了验证。论文首先比较了弹性基岩模型和刚性基岩模型的差别,建议采用更接近实际的弹性基岩模型研究深厚软土场地中的透镜体问题。然后在考虑场地土体和透镜体介质非线性的基础上,系统地研究了深厚软土场地中透镜体宽度、厚度和埋深对上部结构地震响应的层间位移角、加速度及基底剪力的影响。研究表明,透镜体的存在可能会明显改变上部结构的动力响应,上部结构的动力响应可能会明显放大。透镜体宽度、厚度和埋深对结构动力响应均有很大影响。     

基于DEEPSOIL的软土场地地震反应研究

软土场地地震反应分析是目前工程场地地震安全性评价中的重要组成部分,对场地设计地震动参数的确定具有重要意义。利用一维场地地震反应分析软件DEEPSOIL,可进行场地线性、等效线性化和时域非线性等多种分析,并可考虑孔隙水压的影响。笔者根据土层计算参数,编制了DEEPSOIL软件场地模型输入文件的自动生成程序,可高效、快速地完成对场地的建模。通过数值算例验证了DEEPSOIL软件的精度。同时通过对某典型Ⅲ类软土场地的地震反应分析,研究了拟合参数的敏感性以及等效线性化方法和时域非线性方法对峰值加速度和地表加速度反应谱的影响,并指出了等效线性化方法在分析软土场地地震反应中的不足。对于软土场地建议采用DEEPSOIL软件进行时域非线性分析,因为其参数简单并容易确定,适合建模快速和使用方便的要求。     

软土地铁车站中柱在强震作用下的响应研究

将汶川地震时获得的地震波作为输入波,利用FLAC^3D软件对软土典型地铁车站中柱进行强震响应的三维数值模拟。土体采用D—P本构模型,车站结构采用弹性模型,并选用瑞利阻尼和Hardin／Drnevich模型的滞后阻尼来实现土在循环动荷载下的滞回和非线性。计算结果包括中柱的相对变形、轴力、剪力、弯矩及车站中柱的加速度响应规律。结果表明：下层中柱是地铁车站受地震波作用时最为薄弱的构件,并且中柱的破坏系水平向地震波和竖直向地震波共同作用的结果。     

地震作用下承台桩-土动力相互作用数值模拟分析

基于已开展的非液化场地-群桩基础-结构体系动力响应大型振动台模型试验,进行三维全时程动力数值模拟分析。采用修正的Davidenkov模型反映土体在地震反应过程中的模量衰减,通过“捆绑边界”模拟模型箱的层状剪切运动。通过对比试验中土-结构体系加速度响应时程、土体位移和桩基内力等,验证数值模型的有效性。利用已验证的数值模型,开展承台尺寸对桩-土-上部结构动力响应影响研究。结果表明,承台厚度的增大会导致上部结构和桩顶惯性效应减小;地震作用下沿激振方向前桩大于后桩,随着承台厚度的增大,前桩与后桩峰值弯矩差值率为16.1%～32.1%,群桩效应影响增大;随着承台厚度的增大,承台-土动土压力增大了3～6倍,承台与桩基水平荷载分担比增大,桩基弯矩反弯点位置上移了0.50 m;承台-土的相互摩擦作用会降低结构整体动力响应。     

考虑非一致地震输入的地铁车站动力时程分析

为了研究非一致地震输入以及考虑土体介质阻尼的自由波场对大型地铁车站动力响应的影响,发展了一种可考虑土体介质阻尼影响的自由波场一维化时域有限元算法,并编制了相应的非一致地震波动等效荷载的Matlab计算程序;以一典型两层双柱岛式地铁车站为工程背景,建立三维地铁车站结构-土相互作用系统的整体有限元数值模型,开展动力时程实例分析。计算结果表明:与地震波一致输入情形相比,地震波非一致输入将引起地铁车站结构的控制内力和层间位移分布及其幅值发生明显变化;与不考虑土体介质阻尼的地震波动输入相比,在考虑土体介质阻尼的地震波动输入下,地铁车站结构的控制内力和最大层间位移均有一定幅度的减小,且减小幅度随波动入射角的增大而增大。本文分析表明,非一致地震波动输入及土体介质阻尼对大型地铁车站结构的动力时程响应均有一定影响。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

Nonlinear dynamic response of r.c. framed structures subjected to near-fault ground motions

The nonlinear dynamic response of reinforced concrete (r.c.) framed buildings subjected to near-fault ground motions is studied to check the effectiveness of current code provisions with reference to study cases. Three-, six- and twelve-storey r.c. plane frames, representative of symmetric framed buildings, are designed according to the European seismic code (EC8), assuming medium and high ductility classes and stratigraphic profiles A (rock) and D (soft soil) in a high-risk seismic region. The nonlinear seismic analysis is performed using a step-by-step procedure; a bilinear model idealizes the behaviour of the r.c. frame members. Artificially generated motions (matching EC8 response spectra for subsoil classes A and D) and horizontal motions (recorded on rock- and soft soil-site at near-fault areas) are considered. The results indicate that near-fault ground motions may require a special consideration in the code, in particular when designing r.c. framed structures placed on a soft soil-site; particular attention should be paid to the design of the frame members of the lower storeys.     

土、结构特性对饱和土-地下综合管廊动力相互作用影响分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型：在地应力平衡的静力状态下,采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下,采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,并将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同土体材料、结构特性以及土-结构接触摩擦对结构地震响应的影响,得出如下结论：（1）地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时,引起结构上的变形最大;（2）综合管廊结构管廊壁厚越薄,埋深越深,结构尺寸越大,结构刚度越小,结构变形越大;（3）不考虑土-结构接触面的状态非线性将会增大结构变形。     

大直径扩底灌注桩的抗震性能研究

深入分析土-大直径扩底灌注桩体系动力相互作用机理是地震工程的重要研究内容。本文采用快速拉格朗日FLAC~(3D)有限差分程序建立地震荷载作用下扩底桩-土和等直径桩-土动力相互作用体的三维数值模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Mohr-Coulomb弹性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间采用"切割模型"法设置桩土间接触面。输入5·12汶川地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算与分析。结果表明:扩底桩的抗震性能优于等直径桩;与具有显著差异的加速度时程曲线相比,扩底桩对位移动力响应并不敏感。     

软土地基核电厂房动力响应振动台试验

为了分析软土地基－筏基础核电厂房结构地震反应规律和特征,利用地震模拟振动台开展了软土地基－筏基础－核电厂房动力相互作用问题的试验研究。分别进行了表面水平土体模型和表面凹陷土体模型的运动相互作用试验、地基土－筏基础－核电厂房振动台相互作用试验、核电厂房直接固定在振动台面上的刚性基底振动台试验。试验采用圆形叠层剪切模型箱,地基土模型为某工程场地的均匀粉质粘土,其剪切波速为213 m/s;核电厂房简化为3层框架剪力墙结构模型。试验输入波形为美国核电规范常用的RG1.60反应谱合成得到的人工地震动时程。振动台试验结果对比分析表明:土－结构体系中系统的振动周期和阻尼明显大于刚性基底下结构的振动周期和阻尼;相同地震作用下在土－结构动力相互作用体系中结构加速度明显小于刚性基底下的结构加速度反应;而位移明显大于刚性基底下结构的位移。本文的研究成果可为软土地基建立核岛厂房的适应研究提供参考。     

基于OpenSees的地震动对软土震陷影响研究

软土具有高灵敏度、低强度等特性,在地震过程中极易产生震陷。基于OpenSees数值模拟方法对软土场地的震陷反应进行非线性动力有限元分析,通过改变地震动峰值加速度、频谱特性、输入方式来研究其对软土震陷的影响。结果表明,地震动峰值加速度对地基土的不均匀震陷有显著影响,地震动峰值加速度越大,震陷量显著增大,震陷影响深度更大,对水平地表造成的破坏范围也更大;地震动频谱特性对软土震陷有重要影响,当地震动卓越频率与场地自振频率相近时,其幅值越大,产生的震陷越严重;水平、竖向同时输入地震动的方式能更好地反映土体的振动及震陷响应。该研究成果对探索软土震陷的机理有一定的指导意义。     

Shaking-table tests and numerical simulations on a subway structure in soft soil

Shaking table tests were performed to investigate the damage mechanisms of a subway structure in soft soil while experiencing strong ground motions. The seismic responses of the structure and soil were found to be more sensitive to input motions with richer low-frequency components. The excess pore pressure ratio of soil increased slightly, and the distribution of the excess pore pressure surrounding the structure showed clear spatial effects. The frequency spectrum characteristics of input ground motions clearly influenced the lateral displacement of the structure. In addition, the structure was most severely damaged at the top or the bottom of the interior columns. Finite element analyses were conducted by using the modified Martin–Seed–Davidenkov viscoelastic and the rate-independent plastic-damage constitutive models for soil and concrete, respectively. Satisfactory agreement was observed between the simulation and test results, the difference between these results was discussed in detail. The results provide insight into how the characteristics of strong ground motion might influence and present a simplified analysis method to quantitatively evaluate the damage of subway structures in soft soil.     

闸门-地基非线性动力相互作用分析

采用大型有限元软件对地基、闸门进行整体建模,讨论了在动力相互作用的分析中,简单截断人工边界的合理取值范围以及土体非线性的塑性性质对分析结果的影响;比较了在深层搅拌桩加固的复合地基中,按桩、土分别独立建模与按常规的平均法进行分析的差异。分析结果表明,不同的分析模型,人工边界的合理取值范围是不一样的;土体的滤波作用及其塑性的非线性性质对分析结果有重大的影响;对深层搅拌桩加固的复合地基,应该按实际把桩、土分别独立建模进行分析。分析结果对工程实际有一定的指导意义。     

爆炸地震波作用下地下结构动力响应数值分析

爆炸地震波荷载类似于天然地震波荷载，但又不完全相同。基于有效应力动力分析法，运用二维显式有限差分程序FLAC对地下结构在竖向和水平爆炸地震波荷载作用下的动力响应进行数值分析。编制了周围土体介质分析模型的程序模块并与FLAC接口。考虑了水平和竖向爆炸地震波荷载对地下结构的耦合效应，得出了一些定性的结论。     

苏通大桥南引桥场地土层地震反应的数值分析

针对苏通引桥建设的实际背景和软弱地基的特点,利用二维有限元整体分析法,对其场地进行了地震反应数值分析。采用等效线性化模型描述土的非线性性质,研究了基岩在一致输入及采用不同行波输入下的场地地震反应特点。计算结果表明,不同的行波速度和行波输入方向,对地表加速度以及相对位移的峰值和相位均有不同程度的影响,对于重要结构来说进行多点地震波输入下的地震反应分析,有助于科学合理地确定结构的地震动输入模式。