土-结构相互作用效应对结构基底地震动影响的试验研究

利用土与结构动力相互作用振动台模型试验数据,通过各种试验工况下土层表面与基础表面加速度反应的比较,深入探讨了土与结构动力相互作用效应对高层建筑结构基底地震动的影响。从输入地震动频谱特性、输入地震动强度水平和上部结构动力特性3个方面详细分析了与SSI效应对高层建筑基底震动影响程度有关的一些因素。结果表明：SSI效应对高层建筑基底地震动的影响与输入地震波的动力特性有很大关系。在地震动的频谱成分方面,SSI效应对高层建筑基底地震动的影响主要体现为土层表面和基础表面在与输入地震动卓越频率相近处的频谱成分有较大差异;SSI效应对高层建筑基底地震动的影响程度随着输入加速度峰值水平的增加而减小;在某一特定地震波作用下,当上部结构的振动频率与地震地面运动的卓越频率相近时,SSI效应对高层建筑基底地震动的影响较为强烈。     

摩擦基底隔震刚性结构滑移反应谱的确定

将地震地面运动模拟成均值为零的两次过滤Ｇａｕｓｓ白噪声过程,使用等效线性化方法获得了摩擦基底隔震刚性结构在地震作用下的均方滑动位移和速度反应。然后,给出了这种结构的最大滑移反应的均值和标准差,并给出了这种结构的滑移反应谱。     

剪力墙结构对等效地震动输入的影响

采用ANSYS软件建立了考虑土-剪力墙结构相互作用的二维时域动力计算模型,分别考虑了不同土体、上部结构层数对等效输入的影响.根据计算结果,上述因素对等效输入的平动影响不大,但对基础的转动影响很大.特别地,桩基对基础的转动角位移影响很大.因此,分析土-结构相互作用的等效输入,应着重研究基础的转动输入.     

桩-土-结构相互作用分析的等效计算桩长简化模型

在一定程度上,桩长是影响桩-土-结构体系动力分析复杂程度的关键因素之一,在桩-土-结构相互作用的数值模拟中对桩长进行适当简化可以提高计算效率,尤其对具有大量长桩基础的结构体系。基于Boulanger模型和OpenSees软件,分析了软粘土地基-单桩结构体系地震反应中桩身的位移、弯矩、剪力的分布特点以及桩顶上部结构的加速度响应,探讨了结构体系振型及振型周期随桩长的变化特点,进一步提出了等效计算桩长的桩-土-结构模型。研究表明,当结构体系前3阶的振型周期的变化率控制到2.5%时,对应的等效计算桩长分析模型能实现较高的动力响应计算精度,其动力响应误差已降低至5%以内;等效计算桩长可以通过动力响应误差控制精度要求确定,对于软粘土地基中的单桩基础结构,建议将前3阶振型周期的变化率控制到2.5%时的计算桩长作为等效计算桩长。     

局部复杂场地条件对核电结构自振特性的影响分析

自振特征是核电厂结构动力分析首先应考虑的因素,它也是影响核电厂反应谱特征的关键因素之一。采用常规的自振特性分析方法(如Lanczos法等)只能以核电厂上部结构为模型进行计算求其固有频率,在复杂场地条件下,这样的计算结果通常与更符合实际的土-结构相互作用(SSI)模型计算结果存在较大差异。本文以SASSI用户手册中的典型压水堆核电厂土-结构动力相互作用模型为研究对象,采用时域显式有限元法结合透射人工边界方法及相应编写的三维显式有限元程序3DSSI,计算了同一上部结构,结合多工况局部复杂场地条件的核电厂SSI体系的单脉冲响应,并通过求传递函数幅值谱方法,获得各种工况下SSI体系的自振频率。依据计算结果,分别研究了核电厂上部结构、自由场及SSI体系的自振特征及其相互联系,并通过比较研究,讨论了局部复杂场地特性对核电厂SSI体系自振特性影响等问题,进而加深了对核电厂动力特征及动力安全区性的认知。     

大型基础等效输入地震波研究

提出了一种考虑土与结构相互作用的"等效输入"概念,所谓等效输入就是采用合理的方法获得基础顶面的地震动,认为此地震动已充分考虑土与结构相互作用,可以作为抗震设计中刚性地基假定下的输入地震动.这种方法可以把开放体系中的动力问题转换到封闭系统中,这样既可以利用传统的刚性地基假设,又考虑了土与结构相互作用.用此方法对带箱形基础的框架结构模型进行计算,验证了等效输入的计算精度.     

高层隔震结构的等效简化模型研究

Kelly和周锡元等曾对规则型隔震结构上部单自由度模型进行过讨论，给出了必要的计算公式。对各种中低层规则型隔震建筑，应用此公式可获得满意的结果。近来隔震技术逐渐被应用到高层建筑中。对于高层隔震体系，上部结构的高阶振型效应不能忽略，此时应用单自由度模型将产生较大误差。为此，本文采用上部结构周期和总基底剪力相等的准则，推导了等效模型的结构参数公式，并通过数值模拟分析给出了等效模型简化确定方法。通过对原结构和等效模型结构的地震反应分析，证明了这种等效方法是简便有效的。     

基底滑移隔震刚性结构的随机滑移反应和可靠性分析

本文使用Fokker-Planck方程,给出了基底可滑移刚体在高斯白噪声扰动作用下的滑动速度概率密度函数。利用等效线性化方法,求得了基底可滑移刚体在有限带宽白噪声扰动作用下的均方滑动位移反应和均方滑动速度反应。进而给出了基底滑移隔震刚性房屋滑离基础的滑离概率,并导出了基础附加宽度的计算公式。     

水平荷载作用下土与密助复合墙结构相互作用的简化分析

针对密肋复合墙结构特有的受力特点,将结构中的隐形外框架取为若干空间梁单元,把密肋复合墙板按等效斜压杆来处理,将上部结构简化为刚架一斜压杆模型,利用该模型建立了考虑地基弹性变形的密肋复合墙结构与其地基基础相互作用的整体分析模型,来分析其受水平荷载作用时的共同工作问题.研究结果表明:密肋复合墙结构刚架-斜压杆模型具有一定的理论性及准确性;考虑土与结构相互作用的影响以后,水平侧移随着地基刚度的增大而减小,基础结构承担的剪力逐渐向上部结构第一层转移,整个密肋复合墙结构的柔度随着地基刚度的增大而减小.计算结果表明:该计算模型可以为密肋复合墙结构与其基础地基的相互作用分析提供了一种可行的简化方法.     

Mechanism and bounding of earthquake energy input to building structure on surface ground subjected to engineering bedrock motion

The mechanism of earthquake energy input to building structures is clarified by considering the surface ground amplification and soil–structure interaction. The earthquake input energies to superstructures, soil–foundation systems and total swaying–rocking system are obtained by taking the corresponding appropriate free bodies into account and defining the energy transfer functions. It has been made clear that, when the ground surface motion is white, the input energy to the swaying–rocking model is constant regardless of the soil property (input energy constant property). The upper bound of earthquake input energy to the swaying–rocking model is derived for the model including the surface ground amplification by taking full advantage of the above-mentioned input energy constant property and introducing the envelope function for the transfer function of the surface ground amplification. Extension of the theory to a general earthquake ground motion model at the engineering bedrock is also made by taking full advantage of the above-mentioned input energy constant property.     

基于等效单自由度体系的结构地震输入能量的研究

通过对多自由度体系结构在地震作用下的能量分析,考虑地震动因素和结构自身特性,提出一种框架结构地震总输入能量的简化求解方法.实例计算结果表明:基于等效单自由度体系来估计多自由度体系的地震总输入能,是一种计算简便且较为准确的方法.     

结构动力反应分析中的一种显式输入反演方法

本文简要总结，评述了结构动力反应分析中两类输入反演方法（脉动函数法和直接时域法）的优缺点，在此基础上通过应用文献[1]中提出的3阶显式方法，获得了一个关于结构输入反演问题的新解法－显式直接时域法，新方法集合了脉冲函数法和直接时域法的优点，既可按显式求解动力微方程，又适用于非线性系统的动力反演问题，最后，通过算例对该方法进行了数值验证。     

大型结构地震反应值模拟中的波动输入

解耦的时域有限元数值模拟技术在考虑土－结构相互作用的大型结构地震反应分析中的应用日趋成熟。为完善其中的波动输入技术，本提出 了一种波动输入时步数值模拟的简便方法，替换对自由场的频域计算，从而使结构反应分析可以完全通过时步数值模拟实现。同时，通过数值实现，对这一实施方案的有效性进行了检验。     

基于小波方法的多自由度体系地震动输入能量研究

对多自由度体系应用小波分解的地震激励,将地震动总输入能量表示为不同频段地震动输入能量的叠加.与单自由度体系相比,多自由度体系应用小波分解会产生较大的误差,这并不影响研究小波分解后各频段对单一固有振型输入能量的贡献.这样可以从频率的角度分析多自由度体系的地震动输入能量.     

基于SOILQUAKE软件方法的厚层淤泥场地设防地震动参数确定探讨

以天津滨海某厚层淤泥场地为例,分别采用等效线性化法(LSSRLI-1)和新一代土层地震反应分析SOILQUAKE软件方法在场地危险性计算确定的不同设防水准地震动输入条件下进行了建模土层地震反应计算.计算结果表明:(1)对厚层淤泥软弱场地,与新版区划图结果相比等效线性化法可能会低估场地地震作用,甚至是低估场地设防烈度;(...     

地震安全性评价和高层建筑的地震动输入

本文根据现行的中国地震烈度区划图中烈度的含义,指出在使用现行“建筑抗震设计规范”时存在的一些问题和与《中华人民共和国防震减灾法》的不协调之处。根据多年参加工程场地地震安全性评价的经验,总结了目前进行地震安全性评价过程中存在的一些问题。文中建议：针对高层建筑进行新的场地分类方法的研究;对高层建筑工程场地作地震安全性评价时,可根据高度的不同,适当简化安全性评价过程。     

大跨度拱桥地震动输入模式研究

地震动输入是大跨度桥梁地震反应分析的重要一环。从明确大跨度拱桥的临界跨度入手,探讨了大跨度拱桥地震动输入模式中的行波效应、三向输入及其地震动选取问题。基于某大跨度钢管混凝土拱桥,建立了有限元分析模型,考查了行波效应及三向地震动输入对拱关键截面内力、减隔震支座位移及粘滞阻尼器冲程的影响。结果表明:给出的大跨度拱桥临界跨度确定方法合理,行波效应对拱顶轴力有重要影响,不考虑三向地震动同时作用会明显低估大跨度拱桥的地震反应。确定大跨度拱桥地震动输入模式时需考虑行波效应与三向地震动同时输入。     

二维复杂工程场址设计地震动的修正分析方法

地震安全性评价中工程场地设计地震动通常采用一维等效线性化水平成层的分析模型，但对一些较复杂的场地条件，如蓄能电站所处场地，仅考虑一维场地是不够的，而需考虑二维场地的影响。常规采用的二维有限元很难考虑诸多因素，为工程设计带来了很大的困难。提出了可考虑二维复杂工程场地影响的设计地震动的修正分析方法和简化方法，该方法还可考虑非线性对场地的影响及吸能边界等因素，而且计算简单，并易于同常用的一维等效线性化方法结合。实例分析结果合理，对工程场地地震动的确定具有重要意义。