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。     

单桩-土-结构振动台试验模型数值计算分析

为研究地震荷载作用下桩基-土-核电结构的抗震性能及土结动力反应规律,对拟开展的地震模拟振动试验模型进行数值计算分析。核电工程结构上部质量大和刚度大,试验模型不同于一般的工程结构,为检验振动台试验模型设计、传感器布设方案,对试验模型进行了数值模拟。数值模拟以单端承桩为研究对象,计算了上部结构质量和刚度变化时,在脉冲荷载及基于RG1.60谱人工合成地震动作用下桩身的地震反应规律。数值模拟表明:在水平地震动作用下,桩身剪力和弯矩包络线呈"X"状分布,桩底和顶处剪力弯矩较大;上部结构质量越大,桩身的剪力与弯矩越大;上部结构的刚度越大,桩身的剪力与弯矩越小;随着上部结构质量的增大和刚度的减小,反弯点逐渐向桩顶移动。桩顶发生最大位移时所对应的桩身挠度随着上部结构质量的增加而增大并且随着上部结构刚度的增大而减小。土层分界面处,桩身内力发生突变。此外,在脉冲荷载输入下,桩身反弯点位置与输入荷载的周期有关。计算结果为振动台试验模型设计提供了理论依据。     

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。     

考虑土-结构相互作用的上海中心大厦地震反应

采用ANSYS有限元软件建立土-桩-上海中心大厦相互作用简化模型.其中,桩土区采用等效模型,近域土体定为塑性区,用DP模型模拟;外围的土域定为弹性区,用超单元来模拟.对考虑土,桩-结构相互作用的整体结构和以刚性地基为假定的上部结构分别进行地震反应分析,并完成了比较.最后,在整体结构中提取上部结构与下部结构处的加速度反应与原地震波叠加,形成修正地震波,为输入修正地震波能考虑相互作用因素来分析相同结构的精细模型地震反应提供了条件.     

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。     

层状土介质中群桩及其上部结构体系对任意入射地震波的响应

本文舍弃桩基动力分析中的土介平面应变假定，采用薄层内位移纡性变化条件下的动力Ｇｒｅｅｎ函数形成桩－土－桩相互作用所需的土介质柔度矩阵，用梁单元模拟桩的运动，用振型分解方法来考虑上部结构与桩基承台间的动力相互作用，以任意地震波入射为初始运动输入，建立了层状土介质中群桩及其上部结构体系对放射地震波响应的半解析分析模型，研究了桩基及其上部结构体系对不同角度入射、ＳＨ、ＳＶ和Ｐ波的动力响应，结果表明，本文     

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。     

桩-土-结构相互作用地震反应分析

从桩-土-结构在地震作用下的受力分析出发，考虑平面应变假设，用有限元法(FEM)建立相互作用系统的模型。文中用地震动反演法处理土层的动力放大现象，用读入刚度单元来处理不同类型单元交界处的连续问题。最后，结合实际工程进行相互作用体系的地震反应计算，得出了一些有用的结论。     

桩-土-结构动力相互作用的线弹性地震反应分析

采用集中质量法(简化模型)，用ANSYS软件作为桩—土—结构动力相互作用分析的工具，建立了小震下钢筋混凝土剪切型结构考虑桩—土—结构动力相互作用效应的计算模型，进行了桩—土—结构相互作用线性体系的模态分析，研究了考虑桩—土—结构相互作用体系的自振特性；进行了小展下桩—土—结构相互作用体系弹性地震反应时程分析，研究了土—结构动力相互作用效应对结构地震反应的影响；得出如下结论；考虑桩—土—结构相互作用效应后，结构体系的自振特性及结构的地震反应将有所改变。     

大直径扩底灌注桩的地震反应特性

大直径扩底桩的地震反应分析对其抗震设计至关重要。本文采用ABAQUS有限元程序建立地震荷载作用下扩底桩-土-结构和普通等直径桩-土-结构动力相互作用体的三维有限元模型,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Drucker-Prager弹塑性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间设置非线性接触。输入Imperial Vally地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算,分析了桩土模量比、软夹层、上部质量等因素对桩基地震反应的影响。结果表明:与普通等直径桩相比,扩底桩的抗震性能没有明显提高,扩底直径对抗震性能影响不大,增大扩底桩直径,并不能提高扩底桩的抗震性能;上部结构的质量及桩土模量比对桩基的动力响应影响显著。     

三维层状场地的精确动力刚度矩阵及格林函数

本文对Wolf二维层状场地精确动力刚度矩阵进行推广,给出了三维层状场地的精确动力刚度矩阵。刚度矩阵具有对称的特点,且因刚度矩阵是精确的,计算结果不受土层单元厚度的影响,可以大大提高计算效率。文中对刚度矩阵进行了数值验证。利用三维层状场地动力刚度矩阵,计算分析了基岩上单一土层场地的动力响应。最后作为动力刚度矩阵的另一重要应用,给出了表面或埋置矩形均布荷载或集中荷载的动力格林函数计算方法。     

平面非规则隔震结构性能参数对地震反应的影响

本文提出了考虑内部刚度分布层单元构造方法。该法将楼板视为剪切弯曲深梁,并用单元平均刚度、刚度偏心距和弹力半径来构造侧移刚度分布。以U型和L型结构为算例,用反应谱方法和时程分析方法计算分析了隔震体系性能参数对非规则结构的局部变形的影响。     

钢筋混凝土异形柱框架结构侧向刚度分析

根据试验研究、有限元分析和理论分析结果，提出按壁式框架计算截面高厚比较大的异形柱框架结构的侧向刚度，并考虑了梁、柱剪切变形的影响，分别给出了理论计算公式和D值法公式。对填充墙异形柱框架的侧向刚度，可采用框架侧向刚度与填充墙侧向刚度相叠加的方法。     

橡胶隔震支座竖向刚度简化计算法

本文提出了采用橡胶隔震支座刚度因子计算隔震支座竖向刚度的方法，在此基础上提出了适于工程应用的简化计算式，研究还进行了2种不同橡胶6种规格共12件试验体的竖向刚度及水平刚度试验。文末给出了该计算结果与试验结果的对比，表明本文所提计算方法适合于工程使用。     

填充墙刚度设计分析

我国抗震规范中填充墙对结构刚度影响考虑比较粗略,震害调查发现实际工程中由于没有充分考虑填充墙对结构刚度的影响,填充墙布置不当,使结构造成不应有的破坏。利用现有结构设计程序,可以充分模拟填充墙的刚度,使得填充墙刚度直接参与到结构的空间分析中,从而得到相对更为准确的设计数据。尤其是对结构底层柱水平位移的分析和层间位移的分析,在结构抗震设计中非常重要。     

Flexibility of superstructures and supports in the seismic analysis of simple bridges

This paper addresses the elastic dynamic response of simply supported bridges to ground motion in their transverse direction. The interaction between superstructure and support flexibilities is studied in a systematic manner for symmetric spans. The bridges are modelled as beams with uniformly distributed mass and elasticity, simply supported at the ends by elastic springs. It is shown that a dimensionless stiffness index, which reflects the relative stiffness of the superstructure compared to the stiffness of the substructure, completely defines the dynamic mode shapes of the model. Useful closed‐form expressions, based on approximate shape functions, are derived for the dynamic parameters of the first mode, and their accuracy is assessed. The effect of the stiffness index on these dynamic parameters is investigated. Numerical case studies are presented to illustrate the use of proposed equations in the seismic analysis of bridges. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Numerical investigation of alternative fracture stiffness measures and their respective scaling behaviours

We study the mechanical deformation of fractures under normal stress, via tangent and specific fracture stiffnesses, for different length scales using numerical simulations and analytical insights. First, we revisit an equivalent elastic layer model that leads to two expressions: the tangent stiffness is the sum of an “intrinsic” stiffness and the normal stress, and the specific stiffness is the tangent stiffness divided by the fracture aperture at current stress. Second, we simulate the deformation of rough fractures using a boundary element method where fracture surfaces represented by elastic asperities on an elastic half‐space follow a self‐affine distribution. A large number of statistically identical “parent” fractures are generated, from which sub‐fractures of smaller dimensions are extracted. The self‐affine distribution implies that the stress‐free fracture aperture increases with fracture length with a power law in agreement with the chosen Hurst exponent. All simulated fractures exhibit an increase in the specific stiffness with stress and an average decrease with increase in length consistent with field observations. The simulated specific and tangent stiffnesses are well described by the equivalent layer model provided the “intrinsic” stiffness slightly decreases with fracture length following a power law. By combining numerical simulations and the analytical model, the effect of scale and stress on fracture stiffness measures can be easily separated using the concept of “intrinsic” stiffness. We learn that the primary reason for the variability in specific stiffness with length comes from the fact that the typical aperture of the self‐affine fractures itself scales with the length of the fractures.     

SEQUENTIAL STIFFNESS DESIGN FOR SEISMIC DRIFT RANGES OF A SHEAR BUILDING–PILE–SOIL SYSTEM

A shear building supported by a prescribed pile–soil system is subjected to bedrock earthquake input. A new design procedure is presented for generating a sequence of stiffness designs satisfying the constraints on interstorey drifts. The mean peak interstorey drifts of the shear building subjected to a set of spectrum-compatible ground motions at the bedrock are evaluated by a modal combination rule. Tuning of the fundamental natural period of a shear building with a fixed base with that of a shear beam ground results in a non-monotonic sequence of stiffness designs with respect to a ground stiffness parameter and previous approaches cannot be applied to such a problem. This difficulty in finding such a non-monotonic sequence is overcome by utilizing the ground stiffness parameter and the superstructure stiffness parameter alternately in multiple design phases and by developing a new multi-phase perturbation technique. Fundamental characteristics of this sequence of stiffness designs and the effect of ground stiffnesses on the design of the shear building are disclosed. It is further shown that the stiffness contour method is also useful for the design procedure such that a scattering effect in the estimates of ground stiffnesses is taken into account. The usefulness of the proposed procedure of sequential stiffness design and contour line method is demonstrated through several sequential design examples.     

橡胶座非线性弹性拉伸特性的理论和试验研究

本文系统地研究分析了橡胶隔震支座(简称橡胶座)拉伸相关的基础理论,提出了原点拉伸纵弹性模量、拉伸刚度因子、原点拉伸刚度、偏拉原点刚度等基本概念,还提出了计算橡胶座非线性段拉伸刚度的双刚度和原点拉伸刚度应力应变模型等理论。基于原点拉伸刚度和偏拉原点刚度,提出了预测橡胶座的拉伸变形量计算理论。针对新提出的基本概念和计算理论采用低弹性天然橡胶和铅芯橡胶座原型试件进行了试验研究工作,结果表明本文建立的计算理论能够较理想地定量分析橡胶座拉伸相关的刚度和变形特性。     

On the effect of the rigid sidewall on the dynamic stiffness of embedded circular footings

The effect of the rigid sidewall, which is usually combined with embedded footings, on the dynamic stiffness of the footings is considered. An efficient numerical technique is used to calculate the static and dynamic stiffness of circular footings embedded in a stratum. The results show that the increase in static stiffness with increasing height of the sidewall is most significant in the case of rocking. The dynamic stiffness coefficients change considerably, if the sidewall extends higher than about half the depth of embedment. The damping coefficients corresponding to vertical vibrations and rocking are likewise affected by the height of the sidewall. The damping coefficients corresponding to torsional and horizontal vibrations increase considerably with increasing height of the sidewall.