考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析

运用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,进行了考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥地震反应分析。考虑混凝土、土介质和悬索材料的非线性与考虑材料线弹性的计算结果比较表明,考虑材料非线性情况时,由于进入塑性阶段后的能量耗散,内力比考虑线性情况时小;而进入塑性阶段后,结构刚度变小,运动量要比考虑线性情况时大。     

考虑土骨架非线性的饱和土-结构相互作用分析

强地震作用下,饱和土体将进入非线性,有必要考虑非线性饱和土的地震响应以及非线性饱和土-结构相互作用问题。本文采用Biot饱和多孔介质模型,基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov模型来描述近场区域内饱和土骨架的非线性特性,并采用集中质量显式有限元方法进行分析;远场区介质假定为线弹性饱和多孔介质,通过多次透射人工边界进行模拟;结构采用Newmark隐式时步积分方法进行分析。通过自编程序实现了非线性饱和土体的地震反应分析以及非线性饱和土-基础-结构相互作用分析。通过算例,对比分析了土体非线性对饱和土体、基础和结构反应的影响。     

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。     

平面剪切型结构考虑土—结构相互作用的地震反应分析

本文根据子结构法思想提出了相互作用体系在频域内的运动方程,同时应用波在连续介质中的传播理论和间接边界元法推导了格林影响函数,从而进一步推导了地基土的动力刚度系数。文中通过计算带埋置的刚性矩形基础的平面剪切型结构的地震动力响应,并与基底固定的计算结果作比较,得到了有意义的结论。     

考虑土-结构动力相互作用的TMD结构减震控制

本文分析了TMD(Tuned mass damper)在刚性地基和柔性地基情况下的减震控制机理,以某6层钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别考虑了土-结构动力相互作用对无TMD控制结构的影响,场地条件对TMD减震控制性能的影响和土-结构动力相互作用对TMD减震控制性能的影响。通过分析得出TMD控制系统的减震效果除了与输入地震动特性有关外,还与场地条件、上部结构和基础的动力特性等因素有关。如果土-结构动力相互作用体系的自振周期远离输入地震动的卓越周期,则相互作用体系的地震响应较小。地基土越软,框架建筑结构层间相对位移地震响应也就越小。如果考虑土-结构动力相互作用效应的影响设计TMD调频系统的自振周期,则TMD的控制效果会有一定程度的提高。     

大型渡槽考虑土-结构相互作用的动力分析

根据某大型渡槽采用桩基础的结构特点,采用集中弹簧模型考虑土－结构相互作用;渡槽槽身采用薄壁梁段单元进行离散,考虑了渡槽槽身开口薄壁结构的横向变扭耦合振动、约束扭转变表等结构自身特性;渡槽支架采用空间梁单元进行模拟。文章建立了大型渡槽的动力方程,对比计算了考虑土－结构相互作用与不考虑土－结构相互作用渡槽模态和地震响应的差异,计算结果表明：考虑土－结构相互作用后,虽然对大型渡槽的模态和地震应应有所影响     

桩-土-结构相互作用弹塑性地震反应分析

采用动力有限元时程分析方法，以多高层框架结构为对象，研究了水平地震作用下桩-土-结构相互作用时上部结构弹塑性动力特性和规律。结果表明，弹塑性分析和弹性分析引起的结果有较大的差异；考虑弹塑性相互作用后柱的剪力、轴力和弯矩在不同的楼层有放大现象，按折减方法来考虑相互作用并非总是安全的，柱的剪力、轴力、弯矩和等效应力的折减系数沿楼层变化曲线不尽相同，应引起注意。     

考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析

目前结构的抗震分析主要是采用刚性地基假定,忽略了土-结构相互作用,而在实际情况中结构的地震破坏与刚性地基假定的预期结果并不相同。为了对比差异,本文以一6层混凝土框架结构为例,分别进行了Pushover分析和非线性时程分析。结果表明:当考虑土-结构相互作用时,结构的基底剪力减小,周期增大,顶点位移增大且结构的破坏主要集中在首层,柱端出现了塑性铰,更符合实际的震害情况。并将Pushover分析与非线性时程分析的结果进行对比,验证了Pushover分析的可靠性。     

考虑土-结构相互作用时地铁高架车站结构横向地震反应分析

基于ABAQUS软件平台,建立了土-桩-高架车站结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,考虑输入地震动的频谱特性,系统分析了地铁某上部高架车站结构的横向地震反应规律,给出了不同地震条件下车站结构地震横向变形、结构加速度反应和柱底动内力反应程度及其规律。结果表明：由于高架车站结构顶层质量集中较为严重,使得上层结构的动力反应明显大于下层结构,尤其是上层柱底的最大剪力和弯矩都大于下层柱底的对应值。同时,具有明显近场地震动脉冲特征的地震波更易增强结构的地震反应。分析结果能为类似轨道交通高架车站结构的地震反应分析和抗震设计提供有效的参考和指导。     

Effects of soil-structure interaction on seismic response of PC cable-stayed bridge

This paper attempts to assess the effects of dynamic soil-structure interaction (SSI) on the seismic behavior of a PC cable-stayed bridge placed on a moderately deep soil stratum overlying rigid bedrock, and to evaluate the applicability of a simple mass-spring model in evaluating SSI. Parametric analysis is performed to investigate the significance of SSI under various stiffness, foundation depth conditions using finite element methods. The applicability of a mass-spring model is discussed by comparison with FEM. The results of analysis reveal the influence of SSI on the seismic behavior of bridge-soil system, and recommendations for aseismic design are provided. The mass-spring model proves to be promising for representing the seismic behavior of the bridge-soil system, and the mechanism is interpreted in detail.     

考虑土-结构动力相互作用效应的界限研究

开展了土-结构动力相互作用的模型试验,探讨了框架结构的近似有效基本周期,并研究了考虑相互作用效应的界限.模型试验中分别进行了刚性地基和柔性地基条件下的结构基本周期测试,并通过与理论计算结果的比较,验证了FEMA450中建议的有效基本周期计算方法能够有效预测土-结构相互作用效应的影响.利用FEMA450中建议的刚性地基上普通钢筋混凝土框架结构基本周期近似值的计算式,分别建立了明置基础、埋置基础的框架结构有效基本周期近似值的计算式,并以此分析了框架结构考虑相互作用的界限问题,提出了考虑埋置深度影响的合理界限.     

土与结构相互作用对储罐地震响应的影响

为了研究土与结构相互作用对储罐地震响应的影响,基于Haroun-Housner模型,将地基土考虑为平动和转动的弹簧阻尼体系,将储罐结构体系简化为三质点四自由度力学模型,来研究储罐的地震响应受地基土弹性的影响。分析结果表明:与刚性基础相比,考虑土与结构的相互作用时储罐的基底剪力、倾覆力矩和晃动波高均有放大效应,且与储液高度与半径比相关,为获得理想的地震响应储液高度与半径比存在优化取值区间。     

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。     

Deflection modification factors of multistory buildings considering soil-structure interaction

In this investigation,attempts are made to examine the effects of soil-structure interaction on the deflection modification factor of multistory buildings and to clarify the role of deformable soil on this factor.A comprehensive study is conducted to investigate the effect of inertial interaction on displacement demand ratios in soil-structure systems with different structural characteristics and various non-dimensional parameters,using a simplified interacting model.A two-step regression analysis of the nonlinear,dynamic computer simulation results obtained,leads to a reliable and accurate formula for predicting deflection modification factors that incorporate foundation flexibility.The results illustrate that the application of deflection modification factors derived from fixed-base structures can lead to unsafe evaluation of the structures on soft soil.The proposed formula provides a useful tool for design engineers to incorporate the effect of soil-structure interaction into the evaluation of structural deformations.     

Earthquake induced pounding between adjacent buildings considering soil-structure interaction

Many closely located adjacent buildings have suffered from pounding during past earthquakes because they vibrated out of phase.Furthermore,buildings are usually constructed on soil;hence,there are interactions between the buildings and the underlying soil that should also be considered.This paper examines both the interaction between adjacent buildings due to pounding and the interaction between the buildings through the soil as they affect the buildings’ seismic responses.The developed model consists of adjacent shear buildings resting on a discrete soil model and a linear viscoelastic contact force model that connects the buildings during pounding.The seismic responses of adjacent buildings due to ground accelerations are obtained for two conditions:fixed-based(FB) and structure-soil-structure interaction(SSSI).The results indicate that pounding worsens the buildings’ condition because their seismic responses are amplified after pounding.Moreover,the underlying soil negatively impacts the buildings’ seismic responses during pounding because the ratio of their seismic response under SSSI conditions with pounding to those without pounding is greater than that of the FB condition.