相邻结构-地基-土相互作用的分支模态实用研究

本文在提出模态综合二步分析法研究相邻结构－地基－土相互作用的基础上,采用振动特性和实际结构相同的模拟结构,求得上,下部之间的耦合项,将耪合项和地震动一起组成修正地震动,以此作为刚性基础的结构抗震的分析的地震输入,本文为利用专业程序进行相邻结构－地基－土相互作用抗震分析提供了新的途径。     

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。     

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。     

接触对桩-土-结构动力相互作用体系的影响

为了考察桩-土接触效应对结构地震反应的影响,利用有限元软件ABAQUS建立了土-桩-框架二维有限元模型,分别采用损伤塑性模型和动力粘塑性记忆型嵌套面模型模拟混凝土和土体,利用rebar单元模拟混凝土内的钢筋,取得了较好的计算效果.计算分析中采用19条不同频谱的地震波记录,考虑了地震动强度、桩径、摩擦系数等因素,以层间位移角和桩顶最大位移为主要评价指标,揭示相互作用体系的动力响应特性.分析认为,计算结果对桩、土摩擦系数的取值不敏感;不考虑土-桩接触时,近场土体的动力反应与实际情况存在一定的误差,且上部结构和桩基的动力反应会被低估,应该考虑桩-土动力接触效应;地震动强度增加时,随着结构进入塑性状态,低估程度减小;桩径增加时,低估程度没有显著变化,虽然桩基和上部结构的反应都有所减小.     

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.     

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-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

液化场地桩-土地震相互作用p-y曲线分析方法研究

目前,我国尚缺乏液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析的合理数值模型与简化分析方法。鉴于此,直接针对振动台试验,基于非线性文克尔地基梁模型,考虑桩周参振土的质量惯性力、上部结构的惯性力、土体辐射阻尼等效应,建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的p-y曲线分析模型,并给出相应的简化方法。针对振动台试验进行了0.1g El Centro波输入下的分析,验证了桩-土地震相互作用分析方法的正确性,并且推荐了计算参数的合理选取方法,可用于液化场地桩-土地震相互作用的分析。提出的液化场地桩-土地震相互作用p-y曲线简化分析方法,为实际桥梁桩基抗震设计与分析提供一定参考。     

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。     

筒桩基础的地震反应分析

本文基于Biot动力固结方程，在BDWF模型的基础上，通过等价线性迭代不断修正土体模量以逼近土体的非线性动态响应，对建筑筒桩基础的地震反应进行了动力分析。为了分析筒桩基础的地震反应，考虑桩-土-结构的动力相互作用，将桩-土-结构地震反应分析的空间体系简化为二维问题计算。结果表明，筒桩基础桩基相对桩基于桩基有较好的抗震性能，筒桩基础的柔性改善了结构的基本周期。     

地震作用对轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响

本文分析地震作用对考虑土-结构相互作用的轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响。文中建立了车桥系统考虑土-结构相互作用的三维空间模型，推导了考虑地震作用车桥系统的耦合振动方程，并编制了相应的计算程序。以时速100km的列车通过天津轻轨的一座四跨预应力混凝土连续刚构桥为例，对受天津波和El Centro波地震作用的车桥系统的耦合振动响应进行了仿真分析。结果表明：地震作用下车桥系统的耦合振动响应近似为桥梁地震响应与车桥系统耦合振动响应之和；地震作用对车桥系统横桥向耦合振动响应的影响最大，对竖向耦合振动响应的影响较小，而对顺桥向耦合振动响应的影响甚微；且不同地震波激励的影响程度有所不同。由此得出结论，地震作用与车桥系统的耦合振动存在很大程度的耦合，因此，在对高架桥梁上的轻轨铁路进行车桥耦合振动分析时必须考虑地震作用的影响，以保证列车运行的安全性和稳定性。     

预应力蛋形消化池流固耦合有限元分析

与圆柱形储液罐相比,预应力蛋形消化池中流体与固体交界面呈弧形面,且结构横截面为变厚度,这就带来了有限元分析的困难。结合厦门市蛋形消化池的结构设计,采用三维有限元技术对预应力蛋形消化池有限元模型进行了整体的静力、动力分析,分析了蛋形消化池中盛有水体时结构的自振频率及在地震载荷作用下的动应力,与国内首次模拟地震振动台试验结果进行了比较,两者符合良好,表明该有限元计算模型是合理的,可以应用于类似特种结构。     

Numerical Modeling of the Observed Wiechert Seismograph Magnification

—The paper presents results of experiments designed to measure the actual dynamic magnification of the Wiechert 1000 kg horizontal seismometer when excited by seismic waves. This is accomplished by comparing 51 digital records of seismic events recorded by the Wiechert and a well calibrated reference seismometer. The results obtained indicate that the magnification of the Wiechert seismometer is influenced by the interaction of its mass and frame, especially for high frequencies. This interaction has been modeled by considering a system of two coupled pendulums, yielding a theoretical dynamic magnification curve which exhibits main features of the observed magnification. The dis crepancy between the nominal and the actual response of the Wiechert seismograph may lead to errors in studies involving spectral analyses of recorded seismograms, and to overestimation of local earth quake magnitudes.     

Three-dimensional nonlinear analysis for seismic soil–pile-structure interaction

A three-dimensional method of analysis is presented for the seismic response of structures constructed on pile foundations. An analysis is formulated in the time domain and the effects of material nonlinearity of soil on the seismic response are investigated. A subsystem model consisting of a structure subsystem and a pile-foundation subsystem is used. Seismic response of the system is found using a successive-coupling incremental solution scheme. Both subsystems are assumed to be coupled at each time step. Material nonlinearity is accounted for by incorporating an advanced plasticity-based soil model, HiSS, in the finite element formulation. Both single piles and pile groups are considered and the effects of kinematic and inertial interaction on seismic response are investigated while considering harmonic and transient excitations. It is seen that nonlinearity significantly affects seismic response of pile foundations as well as that of structures. Effects of nonlinearity on response are dependent on the frequency of excitation with nonlinearity causing an increase in response at low frequencies of excitation.     

Seismic response and damage analysis of buildings supported on flexible soils

The investigation reported in this paper studies the effects of soil–structure interaction (SSI) on the seismic response and damage of building–foundation systems. A simple structural model is used for conducting a parametric study using a typical record obtained in the soft soil area of Mexico City during the 1985 earthquake. Peak response parameters chosen for this study were the roof displacement relative to the base and the hysteretic energy dissipated by the simple structural model. A damage parameter is also evaluated for investigating the SSI effects on the seismic damage of buildings. The results indicate that in most cases of inelastic response, SSI effects can be evaluated considering the rigid‐base case and the SSI period. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑地基土液化影响的高层建筑地震反应分析

为了研究地基土液化对高层建筑地震反应的影响，本文简要介绍了分时段等效线性有效应力动力分析方法，且将其中的等效线性化方法改进为逐步迭代非线性方法，并利用ANSYS程序的参数化设计语言将这一分析方法并入ANSYS程序中，最后分析了考虑液化时桩基-高层建筑体系的地震反应。认为对于单层砂土-桩基-高层建筑体系来说，砂土的液化对上部结构地震反应有较大的影响；而对于本文采用的上海土-桩基-高层建筑体系来说，砂土层的液化未对上部结构的地震反应产生明显的影响。     

考虑结构-土-结构相互作用的区域建筑群震害评估

建筑群震害评估计算对城市区域地震损失评估和震后快速援助救灾有着重要意义。考虑到地震中建筑物相互作用对震害的影响,进行考虑结构间相互作用的区域建筑群震害评估计算。在已有的基于结构—土—结构动力相互作用(SSSI)分析的简化离散模型基础上,扣除基础转动对输出响应的影响,引入基础上部建筑结构非线性多自由度模型,得到考虑SSSI的简化的非线性多自由度离散模型,建立考虑SSSI的区域建筑群震害评估方法。以四川大学望江校区的建筑群在汶川地震中的震害评估为例,采用该方法对该校区建筑群在汶川地震中的震害进行评估计算。同时,也对未考虑SSSI情况下的该校区建筑群震害进行计算。运用HAZUS对建筑群在汶川地震中的震害进行计算。通过对比分析实际震害调查数据、HAZUS震害计算结果和本文建筑群震害计算结果可知,相比HAZUS震害计算结果,本文建筑群震害计算结果更接近实际震害调查数据;与未考虑SSSI的建筑群震害计算结果相比,考虑SSSI的建筑群震害计算结果精确度更高,更能反映建筑群的实际震害情况。     

地震下考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系响应分析

本文研究了考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系在地震作用下的响应。根据实际工程,采用ABAQUS有限元软件,建立了考虑桩-土-结构相互作用效应的输电塔-线体系有限元模型。选取不同场地类型下的12条天然地震波,研究了不同地震波激励下考虑桩-土-结构相互作用效应输电塔-线体系动力响应。通过与考虑刚性基础的输电塔-线体系动力响应对比,得到了输电塔的薄弱位置,并提出了基于刚性基础的输电塔抗震放大系数,可为输电塔抗震设计提供参考。     

Three‐dimensional models of reservoir sediment and effects on the seismic response of arch dams

The important effects of bottom sediments on the seismic response of arch dams are studied in this paper. To do so, a three‐dimensional boundary element model is used. It includes the water reservoir as a compressible fluid, the dam and unbounded foundation rock as viscoelastic solids, and the bottom sediment as a two‐phase poroelastic domain with dynamic behaviour described by Biot's equations. Dynamic interaction among all those regions, local topography and travelling wave effects are taken into account. The results obtained show the important influence of sediment compressibility and permeability on the seismic response. The former is associated with a general change of the system response whereas the permeability has a significant influence on damping at resonance peaks. The analysis is carried out in the frequency domain considering time harmonic excitation due to P and S plane waves. The time‐domain results obtained by using the Fourier transform for a given earthquake accelerogram are also shown. The possibility of using simplified models to represent the bottom sediment effects is discussed in the paper. Two alternative models for porous sediment are tested. Simplified models are shown to be able to reproduce the effects of porous sediments except for very high permeability values. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

The Influence of Surface Building's Relative Position on the Seismic Response of Subway Structures

By using the finite element method and viscoelastic artificial boundary,a soil-structure interaction system is established to simulate the influence of surface buildings on the seismic response of subway structures.The conditions of different relative positions between ground building and subway structure are analyzed.The results indicate that when considering the existence of surface buildings,the relative story displacements and internal forces of subway structures are changed greatly.Further the influence of surface buildings on subway structure changes as the distance increases.