考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振动台模型试验研究

本文设计并完成了考虑土与结构相互作用的结构减震控制大型振动台模型试验。通过对四种结构形式的对比试验，探讨了土与结构相互作用（ＳＳＩ）效应对结构地震反应的影响以及调谐质量阻尼器（ＴＭＤ）在刚性和柔性地基条件下对主体结构的减震效应。通过比较同一地震动作用下主体结构在刚性和柔性两种地基条件下的地震反应，可知：ＳＳＩ效应具有降低和提高结构减震控制效果的双重作用，其综合效果与输入地震动的频谱特性、加速度峰值大小有关。由于ＳＳＩ效应在结构地震反应中发挥着双重的作用，因而使得基于刚性地基假定下设计的ＴＭＤ减震控制系统在柔性地基条件下的控制效果不太理想，甚至会出现负面效应。本文还探讨了在柔性地基条件下影响结构减震控制效果的一些因素。

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。

土与结构相互作用体系演变随机激励响应分析

应用Priestley提出的随机演变谱理论,考虑地震动强度和频率的非平稳特性,根据规范(GBJ50011 2001)场地划分标准以及线性时不变体系对随机激励的传递关系,分析土与结构相互作用体系在非平稳随机地震激励下的响应.调制函数是时间和频率的函数.通过算例分析表明:对于相互作用体系应该考虑地震动强度和频率的非平稳特性.

基于反应谱的土与结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

提出了分析土与结构相互作用系统随机地震响应分析的反应谱方法,考虑地震激励的非平稳性,假定地震激励为等效平稳随机过程,根据线性时不变系统对随机激励的传递关系,利用规范中的标准反应谱,确定系统非平稳响应的统计量。实际算例表明所提出的方法与震灾情况具有较好的一致性。

土与结构相互作用效应的中外抗震规范对比

为优化我国抗震设计规范基于土与结构相互作用效应的抗震设计方法,对中国大陆、台湾及美国和欧洲抗震设计规范中有关SSI条文进行了介绍,从规范条文应用范围、地震作用折减方法、修正参数、折减系数沿结构高度变化、侧向水平位移、基底剪力折减量等方面进行对比分析,总结出了我国大陆抗震设计规范考虑SSI效应与其他规范的不同及不足之处,明确了我国大陆抗震设计规范考虑SSI效应条文方面进一步修改的方向和相应的研究内容,对我国抗震设计规范关于SSI条文提出相应的修改建议。

土与结构相互作用理论

论述了土与结构相互作用理论的研究方法及其计算理论——整体数值分析法、子结构法、集中参数法。

土与结构相互作用体系动力特性研究

建立了土与结构相互作用体系动力特性的分析方法—频响函数法。对于土与结构相互作用体系,在弹性半空间地基分析的基础上,考虑了地基土分层特性、地基土的非线性效应以及基础埋深对相互作用体系动力特性的影响,结合实际算例,研究表明:土的分层特性和土的非线性特性对相互作用体系的动力特性有重要影响。

基于均匀调制随机模型的土与结构相互作用体系地震反应分析

通过假定土与结构相互体系受到均匀调制随机激励,把地基土作用转化为凝聚在基础边界上弹簧阻尼器,对相互作用体系进行了地震反应分析,得到了其时变均方根响应和响应演变谱。这一方法基本上反映了地震动的实际过程和结构体系响应的特性,不失为一种计算结构体系随机反应的有效算法。

考虑土与结构相互作用时交通枢纽结构地震反应分析

以天津站交通枢纽工程结构为例,分别取结构典型的横向及纵向剖面,应用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立考虑土与结构相互作用的有限元模型,采用动力时程分析方法,研究体系在水平地震作用下的弹塑性动力反应规律,分析结构在地震动作用下的位移和内力的分布,验证了车站结构的抗震性能,并为在武器打击下交通枢纽的动力响应分析提供参考。

考虑土与结构相互作用对结构自振特性的影响

为了研究土与结构相互作用效应对结构自振特性的影响,建立土-并联基础隔震体系计算模型,并基于有限元单元法理论的原理,采用ABAQUS软件建立不同地基条件下的普通结构和并联基础隔震结构,探讨结构的自振频率和自振周期的变化规律。结果表明:总体上土与结构相互作用对并联基础隔震结构自振特性的影响远小于普通结构,场地土条件越软弱影响的程度也越大。

基于反应谱的土与结构相互作用体系演变随机激励响应

利用功率谱与反应谱的转换关系,建立了演变随机过程输入功率谱密度函数表达式,提出了分析土与结构相互作用体系演变随机过程的反应谱分析方法,该方法利用新规范中的加速度反应谱作为目标谱,计算与之相对的功率谱并按该功率谱作为地震输入谱进行土与结构相互作用体系随机地震反应分析。研究表明,该方法反映了地震动和相互作用体系的动力特性,是进行土与结构相互作用体系随机地震反应分析的一种有效方法。

土与结构相互作用对海上风机TMD减振效果的影响研究

通过建立考虑土与结构相互作用的海上风机支撑结构三维有限元分析模型,结合泥面处固定连接和不同的地基土性质,研究了风浪荷载联合作用下海上风机TMD的减振效果,分析了土与结构相互作用对TMD减振效果的影响。结果表明,若将泥面处简化为固定连接,会严重低估风机结构的动力响应;土与结构相互作用会放大风机结构的动力响应,且降低TMD的减振效果,与泥面处固定连接相比控制率降低约4%;在其他条件都相同的前提下,风机结构的动力响应随地基土弹性模量的增大而减小,且土体工程性质越好,TMD的减振效果越好。

一种考虑土与结构相互作用的方法的验证

根据已有理论,研究了等效输入与入射地震动的关系,验证了一种考虑土与结构相互作用的等效输入方法。用此方法可以把开放体系中的地震动问题,直接转换到封闭系统中,这样既可以利用刚性地基假设,又考虑了土与结构相互作用。

土与结构相互作用对结构地震影响的分析

结构抗震设计中,土与结构的相互作用(SSI)是一个难题,计算模型中不可随意简化;联系各国有关土与结构相互作用效应规定的抗震规范,提出结构中常见的桩基础抗震设计理念及思路,并对模型的人工边界进行了讨论;工程应用表明,新型结构支盘桩对结构抗震有较好的效果。

土与相邻结构动力相互作用研究综述

对土与相邻结构动力相互作用的研究进展进行了综述。首先,从地基土的剪切模量、阻尼比和非线性行为等方面对地基土动力学特性研究进行了介绍。其次,对弹性地基模型、弹塑性地基模型和多尺度耦合模型等土与相邻结构动力相互作用模型进行了详细探讨。接着,从现场观测和监测技术、减震和隔震技术以及综合方法和多学科研究在该领域的应用等方面进行了概述。最后,对土与相邻结构动力相互作用研究领域的未来研究方向进行了分析。

土与结构相互作用振动台试验模型土设计方法分析

振动台试验是进行土与结构相互作用问题研究的重要手段,对于相互作用体系中地基土的模拟目前仍存在很多讨论。该文首先探讨了模型土相似设计理论与相似设计实施的主要特点,并对近年来国内外常用的模型土设计方法进行了归纳和总结,分析比较了不同设计方法的适用范围与存在的不足,研究结论可以为今后的试验研究提供指导和帮助。

土-结构相互作用对结构主动控制的影响研究

利用弹性半空间假定,推导了结构考虑土与结构相互作用(SSI)体系的主动控制方程。分析了土与结构相互作用对结构主动控制的影响。并分析研究了土及结构各种主要参数对结构控制效果的影响。研究结果表明,土与结构相互作用对结构主动控制效果有一定影响;地基土的性质、结构刚度、基础埋深等在一定范围内对结构的主动控制有着显著的影响。

考虑土与结构相互作用的钢筋混凝土框架子结构抗震性能试验研究

独立基础-钢筋混凝土框架结构在遭遇地震时会出现底层柱破坏严重并且柱端出现大量塑性铰的破坏形态,同时考虑到独立基础对底层柱的约束能力会影响上部结构塑性铰的发展顺序,应对土与结构相互作用对混凝土框架抗震性能的影响进行研究。为此,对一榀独立基础-框架子结构开展低周反复荷载试验,分析考虑土与结构相互作用下结构的抗震性能。结果表明:独立基础-框架子结构具有良好的耗能能力和延性;结构屈服机制为梁铰机制,整个试验过程中结构刚度退化明显,刚度退化主要发生在结构屈服之前;中柱和边柱柱下独立基础最大转角分别为1/60和1/80,基础基底反力近似呈直线分布。

水平荷载作用下土与密肋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-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。