土体-结构相互作用对消能减震结构的影响

本文在考虑土体-结构相互作用的基础上,结合实际工程,对地震作用下的消能减震结构体系进行了对比分析。分析表明,考虑土体-结构相互作用,对于消能减震结构体系的动力特性具有明显的影响。详细考察消能框架体系的楼层位移、楼层速度、楼层加速度以及楼层剪力等指标,在考虑土体-结构相互作用后,减震效果均明显变差;而且上述各指标在各楼层之间减震效果的差异也会增大。

考虑土体-结构相互作用的震陷分析的研究与进展

首先回顾了历史上数次较典型地震造成的结构震陷震害,说明了震陷研究的必要性。讨论了结构震陷研究的发展历史及其现状,揭示了其研究的发展方向。在此基础上,对结构震陷发生的内在机理及其研究方法进行了综合归纳,比较了各自的应用特点及使用范围。最后,就现行抗震规范对结构震陷计算的要求及与现实设计工作的差距进行了说明,指出了现阶段开展结构震陷研究的必要性和紧迫性。

考虑土体-结构相互作用的数值极限分析上限法

非连续面拓扑优化技术（discontinuity topology optimization,DTO）是考虑涉及土体-结构相互作用的岩土稳定性问题的极限分析数值上限法。稳定性问题的几何范围采用规则的栅格点阵进行离散,且点阵之间潜在连接线即滑移线或非连续面构造形成允许速度场或破坏模式。诸如土钉、支撑挡墙等结构体与土体建模时同时考虑,不用区别对待,而且非连续面可以穿过结构体是本文DTO技术的独特之处。DTO技术可以涵盖平动和指定边界区域结构体的转动。最终优化问题呈线性特征,并借助线性优化问题的内点法进行求解。刚性块体平动和转动以及刚塑性结构的塑性铰屈服破坏模式均可模拟。以拱桥结构、锚定板桩墙以及内支撑挡墙基坑稳定性问题为例证,检验程序的有效性。DTO的计算结果以图示的形式清晰且细致地表述了非连续面布局构造的临界破坏模式。

土体-结构非线性耦合系统动力响应并行计算方法研究

针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题,提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法,对这四种方法的并行性能进行研究。SSI采用基于对称罚函数的方法处理,系统方程采用显式中心差分有限元方法求解。对典型的SSI工程问题动力响应进行并行数值模拟,并对这四种方法的可扩展性进行分析。结果表明:基于SSI负载均衡的并行计算方法,充分考虑土体和结构耦合负载的均衡,并行效率最优,基于对偶图理论区域分解的方法和递归坐标对分方法效率次之,贪婪法并行效率最低;随核数增加,并行效率下降,需根据实际模型规模合理选择并行计算核数,获得最优的并行计算效益;基于罚函数的显式有限元方法能够较好的解决SSI动力响应问题。

设备-高层结构-地基土体系交互计算方法

提出了模拟设备-高层结构-地基土体系振动台实时子结构试验的数值交互计算方法,并且结合地基土在强震作用下并非全部进入非线性的特点,认为可尝试将具有局部非线性特点的地基土模型作为数值子结构、设备-高层结构体系作为试验子结构,从而在振动台实时子结构试验中考虑地基土非线性特性影响。采用分支模态子结构法与线性-非线性混合约束模态子结构法推导了设备-高层结构-局部非线性地基土体系的运动方程。选用一幢13层钢框架设备-高层结构-地基土体系模型作为分析实例,采用MATLAB与ANSYS分别建立设备-高层结构体系与局部非线性地基土计算模型,两者之间进行数值交互计算,发现土-结构相互作用与设备的频率变化对设备与结构的地震反应有重要的影响。

地下结构相互作用的框架结构抗震性能分析

为了有效提高多层框架结构的抗震性能分析精度,以山西省阳泉市某多层框架结构为研究对象,基于动力时程分析方法,运用SAP2000结构非线性分析软件分别对考虑土体-结构相互作用、刚性地基假定的框架结构进行分析,分析结构的层间位移角、基底剪力及塑性铰分布。研究结果表明,在无限刚度地基条件下,结构的层间位移角呈近抛物线的变化特征,考虑土体与基础的相互作用工况下:①结构层间位移角在首层呈现显著的突变,并在随后的楼层中呈现指数降低的变化趋势;②最大层间位移角约为无限刚度地基的2.67倍,忽略土体与结构的相互作用对结果产生较大的偏差;③结构的塑性铰数量明显比无限刚度地基条件减小,结构首层顶部的破坏程度明显比无限刚度地基大;④结构首层柱顶剪力和柱顶位移均大于无限刚度地基工况,剪力平均值增大约26%,位移平均值约40.2%。

考虑液体-结构-土体共同工作的狭长型敞口矩形水池二维模型的地震反应分析

本文对埋置狭长型敞口矩形水池,简化为平面二维问题,首次提出了两侧壁变形可不一致的计算模型以代替通常视水池整体为一剪切型悬臂梁的作法。本文考虑液体-结构-土体共同工作,将样条有限元与半解析元法相结合来分析地震反应,并用复模态方法求解非比例阻尼性质的总体方程以避免耦联。通过分析、比较几种例题的地震反应,表明了采用新计算模型的必要性。

土体与结构物动力相互作用研究进展

土体与结构物动力相互作用理论及应用是一个涉及多学科，具有很强理论性和实用性的研究课题，简要论述了当前体与结构物动力相互作用的研究手段和方法，特别是接触面静动力学特性的最新研究进展。

基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体—地下结构体系地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了饱和土体-地下结构地震反应的计算研究。结果表明:在地震输入的最后时刻结构的两侧底角区域应力值最大;土体的孔隙压力和竖向位移主要集中在结构下方的区域,结构两侧土体的孔压与竖向位移呈对称分布;场地土体的竖向位移随深度的增加逐渐减小;体系最大地震反应出现的时刻对应于输入地震动的最大加速度出现的时刻。表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体-地下结构体系地震反应研究中的有效性。

基于SPH-FEM算法和临界状态本构模型的砂土地基中吸力桶形基础结构沉贯过程数值模拟

桶形基础是近二十年来应用于海洋工程的具有良好发展前景的基础形式。它是一种上顶面封闭,下底面面敞开的柱状结构。安装时首先利用自重嵌入海床一定深度,然后借助吸力泵对桶内进行排水排气减压,在桶顶处形成压差,实现吸力贯入。吸力桶基础在沉贯过程中会对周围土体产生扰动而使土体应力状态重新分布,从而影响地基和周围环境之间的相互作用。然而,目前关于吸力桶基础的有限元分析很少考虑安装阶段的影响。本文采用了可考虑土体大变形的FEM-SPH耦合方法结合高级临界状态本构模型来模拟吸力桶基础的沉贯过程以及基础安装到位之后受到组合静荷载作用的响应。采用室内模型试验对本研究建立的数值模型进行了验证,证明了FEM-SPH方法可以合理地描述吸力桶基础的沉贯过程以及土体重分布后的应力状态。

单相土体与饱和土体地下结构地震反应对比研究

基于ABAQUS有限元软件计算平台,应用二维流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟饱和场地土体,进行饱和土体场地与单相土体场地中地下结构地震反应的对比研究。计算结果表明,地震反应最后时刻,单相土体场地中结构与饱和土体场地中结构的应力云图呈对称分布,且均在结构底角区域、混凝土柱顶部两侧区域、顶板中部外侧区域出现了应力集中;与单相土体中的结构相比,饱和土体中结构的Mises应力值较大,应力集中区域较多,区域面积较大。

高层建筑结构嵌固条件影响研究

该文对国内外考虑地下室及周边土体对高层建筑地震作用影响分析方面的研究进展进行了回顾,基于塔楼、地下室结构与周边土体的相互作用机理,建立可以考虑地基基础影响的力学模型。根据场地情况确定地下室周边土体弹簧及相应阻尼的计算参数。考察地下室顶板嵌固、地下室周边嵌固、底板嵌固以及土体-结构相互作用等4类嵌固条件在地震作用下计算结果的合理性,并研究塔楼单侧洞口长度对整体结构与结构构件受力性能的影响。分析结果表明:地下室顶板嵌固模型塔楼侧向刚度偏大,且无法考虑地下室与塔楼之间的相互影响。地下室周边嵌固模型无法反映地下室结构的变形与质量引起的惯性力,在地震作用下水平剪力沿地下室竖向减小过快,计算结果偏于不安全。底板嵌固模型忽略周边土体的作用,导致地下室在地震作用下水平剪力过大,计算结果过于保守。土体-结构相互作用模型可以较为真实地模拟地下室周边土体的刚度与阻尼,与其他计算模型相比,虽然塔楼性能变化较小,但地下室构件内力变化很大。单侧洞口对塔楼整体受力性能影响较小,但对框架柱和楼板的影响值得重视。

温控静动力直剪实验系统设计及实验教学应用

为加深土力学直剪实验教学中理论与实际的联系,设计了一套温控静动力直剪实验系统。该系统使用气缸和伺服电机在法向施加应力,在水平向产生剪切位移,使用循环恒温液体控制试样温度,使用数据采集系统实时采集数据并控制试验过程。结合能源地下结构应用过程中的实际问题,开展不同温度下的土体和土体-结构物界面剪切试验。该系统具有良好的适用性和准确性,升温对砂土以及砂土-钢板界面剪切特性的影响不明显,但是会提高黏土-钢板界面的剪切强度。该系统丰富了直剪实验教学的内容,有利于在实验教学中培养学生的工程意识,提高学生解决实际问题的能力。

三代核电厂结构的抗震设计分析概论

自《核设施结构、系统和部件的抗震设计准则》(ASCE/SEI 43-05)实施后,三代核电厂结构的抗震设计分析已经与过去传统二代核电厂有了本质上的差别,美国自2005年后推出一系列配套的核电规范、标准来与三代核电厂的新抗震要求相适应。美国核管会针对新发行的《标准审查大纲》(SRP 3.7 Rev.3 2007年版及Rev.4 2014年版)来作全面配套修订,更是确认了三代核电厂结构抗震设计分析的更高要求。结合上海核工程研究设计院40余年从事核电厂土建结构设计及抗震分析工作积累的实践操作经验,介绍了三代核电厂结构抗震设计分析的最新依据性规范标准、主要内容及分析手段,给出了可供实际核电工程应用的研究成果。

下穿隧道–土–地表邻近框架结构相互作用体系地震响应初步分析

在中国城市轨道交通快速发展的推动下,隧道等地下结构近距离下穿地表建筑物的案例越来越多。对于相互穿越工程,较多的关注在于隧道等地下结构动态施工对地表建筑物安全的影响,而忽视了隧道建成后对被穿越的地表临近建筑物抗震性能的影响。拟结合某实际工程,建立盾构隧道–土体–地表邻近框架结构相互作用体系二维数值计算模型,对比分析隧道与邻近框架结构相互之间地震响应影响规律。计算分析表明:①隧道的存在使隧道两侧土体表面出现一个地震响应放大区;②下穿隧道对地表框架结构的地震响应有部分影响,但影响程度有限;③地表结构的存在对隧道结构地震响应的影响较小,可忽略不计。研究成果可为地下结构的规划以及地表结构与地下结构的抗震设计提供参考。

内河航道护岸结构计算方法探讨

本文采用易工水运工程结构CAD集成软件和PLAXIS 3D软件对内河航道护岸结构进行了内力和位移计算,分析了m法和结构-土体相互作用分析法的异同。计算结果表明:两种方法计算的土压力在板桩、灌注桩间的分布规律基本一致,前、后排桩弯矩差异较大;PLAXIS计算结果受内摩擦角、粘聚力、弹性模量、泊松比、本构模型等影响较大;采用固快指标和摩尔-库伦模型时,两种方法计算的灌注桩总弯矩相近。

阿尔及利亚某项目结构设计综述

随着“一带一路”的推进,中国建筑企业已在海外承接及实施了较多的EPC项目。对于国内的结构设计师,掌握国际通用标准及当地标准已是时势所趋。某项目结构设计时,对阿尔及利亚的结构设计标准、我国标准及欧洲标准做了详细的对比和总结,对项目技术难点均做了详细的分析。为我国建筑结构设计师提供参考、总结经验、了解异同,参与全球化的建筑结构设计。

土—结动力相互作用研究综述( Ⅰ)——研究的历史、现状与展望

讨论了土—结动力相互作用的概念， 回顾了土—结动力相互作用的研究历史和现状，总结了土—结动力相互作用体系分析方法，介绍了国内外较著名的土—结动力相互作用典型试验。

近海风机吸力式沉箱基础复杂荷载作用下极限承载力的有限元极限分析

吸力沉箱作为近海大型风机新型基础形式具有诸多优点。极限承载力设计，作为该基础形式设计阶段的关键一环，在设计理论和验算方法方面还不够完善。利用有限元极限分析，对福建某待建海上风电场的5MW风机吸力式沉箱基础选型方案进行承载力分析。提出基于极限分析的土体-结构潜在浸水裂缝模型能够在程序优化过程中自动判断土体一结构界面的浸水裂缝开展。分别给出不同深径比以及是否允许裂缝开展时吸力沉箱不排水极限承载力的计算包络图和安全系数。将计算结果与经验公式、极限平衡解、塑性上限解和有限元解进行比较，验证了结果的准确性。分析表明，吸力式沉箱基础在该工程极限荷载作用下能够满足稳定性要求。允许存在潜在浸水裂缝时，沉箱极限承载力较不允许时低约3％～11％，二者失效机制和土体塑性区分布明显不同。极限状态下沉箱内部土体是否进入塑性与沉箱深径比有关；传统极限平衡法和极限分析多采用桶内土体刚性假定，将高估沉箱的极限承载力。

复杂应力路径下三轴界面试验方案设计与求解

为解决岩土工程中在复杂应力路径下土体-结构界面复杂接触变形行为问题,根据三轴试验仪可以提供复杂外部荷载条件的能力和在土体中嵌入结构材料的可行性特性,提出了借助三轴试验仪测试复杂应力路径下界面行为的试验方案,推导了特定条件下界面行为的接触分析解,给出了确定双曲线模型参数的方法。结果表明,这种三轴界面试验方案可以很好地描述复杂应力路径下土体-结构界面的复杂变形行为,并能够方便地应用于土体-结构相互作用分析中.