土-结构-TMD体系振动台模型试验与数值模拟对比研究

为了分析土与结构相互作用效应(SSI)对结构控制的影响,将地基土、上部结构和调谐质量阻尼器(TMD)组合成4种结构体系,在同一地震激励下,分别对其进行振动台试验。运用土与结构动力相互作用三维有限元分析软件SASSI2000对4种结构体系分别建立模型,并对各种试验工况下的结构地震反应进行了数值模拟计算。计算中,采用三维八结点实体单元模拟结构的基础部分,每个结点有3个自由度;上部结构采用集中质量模型;采用等效线性化模型考虑土的动力非线性影响。对振动台模型试验与数值模拟结果的比较表明,两者得到的SSI效应对TMD减震控制性能的影响表现出相似的规律性,SSI效应对结构的减震控制效果有很大影响。

土-综合体结构相互作用体系地震反应影响因素研究

为探究土-综合体结构相互作用体系地震反应的影响因素,以典型综合体结构为工程背景,利用ABAQUS软件建立土-综合体结构相互作用体系三维有限元模型,采用等效线性化方法考虑土体非线性;选用1995年阪神地震Port Island波,通过反演获取相互作用体系的底部输入地震动。在此基础上,对土-综合体结构相互作用体系进行了地震反应分析,探讨了土-综合体结构接触面模拟、竖向地震波作用效应以及土-结构柔度比对综合体结构地震反应的影响。分析结果表明:土-综合体结构采用接触面模拟方法较共用节点法使得地下结构中柱轴力、剪力、弯矩均有一定程度减小,侧墙轴力、剪力、弯矩则有所增大;考虑竖向地震动作用使得地下结构中柱和侧墙的内力有所增大,其中中柱轴力增幅约达20%;在本文算例中,当土-结构柔度比小于12时,土-综合体结构相互作用效应明显。

土-结构体系振动台模型试验中土层边界影响问题

通过数值模拟和模型试验，初步探讨了土－结构相互作用体系模型试验中土层侧向边界的影响情况，研究了土层边界处加入橡胶层后的作用，从而为土－结构相互作用体系模型试验设计提供了一些依据。

桩-土-结构体系动力相互作用的试验研究

采用挤扩支盘桩-土-结构体系进行振动台模型试验,以了解在地震动激励下该体系的抗震性能以及支盘桩对结构体系的抗拉、抗压及抗扭曲的作用.在试验的基础上,对该体系的基频、阻尼比、振型、最大位移、结构顶层加速度反应以及破坏特征进行了计算和分析.结果表明,相互作用体系对结构动力特性和结构地震反应均有较大的影响,结构的破坏形式与基础形式、土层性质等因素有关,支盘桩对地震的阻抗性能有了初步的显示.

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。

结构-土-结构相互作用体系地震响应研究综述

依托土体为媒介,相邻地表结构和相邻地下结构在地震作用下彼此相互作用,从而影响相互作用体系的地震响应。现今地下结构的尺寸向大型化发展的同时,与地表结构的距离也越来越近,相互作用效应不容忽视。首先将地表结构-土-地表结构相互作用和地下结构-土-地表结构相互作用统称为结构-土-结构相互作用,拓展了传统结构-土-结构相互作用的内涵,然后分别归纳总结了目前地表结构-土体-地表结构、地下结构-土体-地表结构相互作用体系的研究现状和进展,已有研究表明相互作用效应主要受到相邻结构间距、结构尺寸、土体特性以及地震波特性等因素的影响;而针对材料非线性、土体非线性、地震动的空间效应等因素以及大型三维计算分析的研究相对较少。因而极有必要明确目前已有的研究进展和研究成果,提炼该复杂相互作用体系尚需解决的关键性问题。

软基上土-结构相互作用体系的一个广义简化动力计算模型

在前期试验研究基础上 ,提出了软基SSI体系的一个广义简化动力计算模型 ,得出了模型参数的反演算法 ,同时以试验SSI体系为例 ,给出了简化计算模型下的物理参数结果 ,并讨论了其合理性。

桩-土-结构体系随机地震响应的实用计算方法及参数分析

考虑地震的随机性和土体的非线性,引入粘弹性边界,提出了一种在谐响应分析中直接输入加速度的加载方式,建立了基于虚拟激励法、等效线性化法和确定性动力有限元法相结合的非线性桩-土-结构体系随机地震响应的实用计算方法。采用该法对单桩支承的剪切型结构进行了较为全面的参数分析。结果表明基岩地震动输入水平,桩长度和土体模量都对结构反应有较大影响。该方法可方便的用于随机地震下桩-土-结构体系的参数分析中。

考虑多失效模式的桩-土结构体系稳健性设计

针对桩基础设计中岩土参数和荷载的不确定性,首先,提出考虑多失效模式的桩-土结构体系的稳健性设计(RGD)方法,综合分析单桩竖向承载能力极限状态(ULS)、竖向正常使用极限状态(SLS)、水平强度失效和水平变形失效4种失效模式;其次,采用蒙特卡罗模拟(MCS)法和点估计法(PEM)嵌套的方法计算桩-土结构体系的失效概率均值和标准差,以失效概率标准差作为衡量结构稳健性的指标;最后,以稳健性和经济成本作为优化目标,确定单桩的最优设计。结果表明:多失效模式下,不同的单桩设计尺寸,起决定作用的失效模式不同;随着单桩设计几何尺寸的增加,桩-土结构体系的主控失效模式逐渐由桩水平强度控制转为由竖向正常使用极限状态控制;主控失效模式的变化,对结构体系的失效概率变化梯度影响较大。

竖向地震动对地铁车站共构结构体系地震响应的影响研究

[目的]地铁车站共构结构体系(以下简称“共构结构体系”)通过厚板实现箱形结构与箱形框架结构的连接转换。因共构结构体系的结构形式独特,其地震响应规律目前尚不明确,需进一步研究其地震响应特征。[方法]以某综合管廊与地铁车站共构结构体系为例,建立了土-共构结构体系相互作用的有限元仿真模型。考虑单向地震波和双向地震波(含水平向、竖向)作为输入,选取了3种工况,分析了共构结构体系在地震作用下的加速度响应特征、位移响应特征、受压受拉损伤情况及演变过程,并以共构结构体系左侧柱端为例,讨论了部分结构部位的内力响应特征。[结果及结论]双向耦合地震动对共构结构体系竖向加速度的影响较大,在侧墙与负一层底板连接处加速度的最大增幅达158%(与竖向地震动作用相比)。竖向地震动会加大共构结构体系顶底板的相对水平位移和相对竖向位移,加大柱子的内力响应。柱端、侧墙下部、底板两端、构件连接处、腋角等位置为共构结构体系地震损伤薄弱部位,应对这些部位进行加强处理。

土-结构体系的分枝模态与约束模态混合二步法

为了在结构设计过程中考虑土-结构非线性相互作用的影响,在线性-非线性混合的约束模态法以及分枝模态法的基础上,提出了适用于土-结构非线性相互作用体系的分枝模态与约束模态的混合方法,该方法既可考虑土体和结构的非线性特性又便于考察土-结构相互作用对上部结构的影响。在分枝模态与约束模态混合方法的基础上,进一步提出了混合二步分析法,并将其应用到地基土-框架结构地震响应分析中,算例结果表明,混合二步分析法在实现上部结构和地基土分开计算的同时,还能够考虑结构与地基土的材料非线性特性,有利于采用专业设计软件仅通过对上部结构进行分析来考虑土-结构相互作用的影响,为实际工程计算考虑土-结构相互作用的影响提供了便利的条件。

土-结构相互作用对基础隔震体系地震反应的影响

基础隔震技术已广泛地应用于建筑结构、桥梁等工程领域,现有规范和基础隔震抗震理论,忽略了土-结构相互作用的影响。但是,土-结构相互作用对基础隔震体系的影响程度、影响因素是值得探讨的。通过ANSYS软件建立了三维有限元模型,输入ElCentro(NS)波、TAFT波、唐山滦河地震记录、天津宁河地震记录进行非线性地震反应分析,并对考虑土-结构相互作用的基础隔震体系地震反应影响因素进行分析,得到了一些有益的结论。

考虑土-结构相互作用的基础隔震体系动力特性分析

本文以基础隔震体系为研究对象,利用ANSYS软件建立了三维有限元模型,讨论了考虑土-结构相互作用的基础隔震体系动力特性,并研究了隔震层和相互作用对体系动力特性的影响因素,以揭示土-基础隔震体系相互作用机理。分析结果表明,考虑相互作用和基础隔震后,结构体系的自振周期延长。改变土体的特性和隔震层水平、竖向刚度,体系的动力特性也会随之改变。

土-桩-结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

目前,有关土-结构动力相互作用问题的研究基本上多限于确定性的或平稳随机激励下的响应分析。文中基于某基岩加速度反应谱,利用文献[7]的方法求取基岩非平稳随机地震功率谱密度函数,采用有限元方法建立土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型,对在非平稳随机地震激励下土-桩-结构相互作用体系进行了反应分析。首先对三种不同场地条件下的土-桩-结构相互作用体系进行了动力特性分析;然后,对在非平稳随机地震激励下桩基承台的反应和自由场反应进行了比较,给出了结构的位移功率谱响应结果。

地基土对设备-结构体系能量反应影响分析

为了分析地基土对设备-结构体系能量反应的影响规律,开展了设备-结构体系振动台试验与设备-结构-地基土相互作用体系实时子结构振动台试验,对比以刚性地基为假设的设备-结构体系与考虑地基土影响后的设备-结构体系能量反应发现:考虑地基土影响后设备与结构的累积总输入能大幅度减小,且地基土可改变设备与结构总输入能在时间上的分布特性。由试验结果根据相似关系反推原型设备-结构体系的能量反应表明,基于刚性地基假设的设备-结构体系能量反应可能存在较大误差,因此在设备-结构体系分析中应当考虑地基土的影响。

结构-滑移基础-土非线性相互作用体系主共振与分叉

本文基于修改后的非线性Davidenkov动力模型，采用非线性有限元得到基础与土之间的滑移刚度，从而建立了结构－滑移基础－地基土相互作用体系。用平均法研究体系的主共振，得到主共振定常解和幅频响应函数，讨论了定常解的稳定性。根据奇异性理论求得开折参数平面下的转迁集和分叉图，从分叉图出发讨论了体系的动力行为，得到了一些有益的结论。

斜拉-悬索协作体系桥基于桩-土-结构相互作用的地震响应研究

以大连湾跨海大桥协作体系桥方案为研究对象,基于大型有限元分析软件ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,采用等效嵌固模型模拟了土-桩-结构的相互作用,以此为基础对该方案桥的自振特性进行了分析,重点研究了桩-土-结构相互作用下斜拉-悬索协作体系桥的地震响应,分析结果表明自锚式体系的加劲梁与主塔的纵向位移、塔底、主跨跨中弯矩均大于地锚式体系;但加劲梁竖向位移、主塔塔底轴力则小于地锚式体系。

土-结构相互作用对隔震体系的影响

为研究地基-结构相互作用效应对基础隔震结构隔震效果的影响,以多层带地下室的基础隔震平面框架为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件建立二维有限元模型,采用黏弹性人工边界来模拟无限域介质对计算区域的影响,利用等效荷载波动输入方法来实现地震波作用下人工边界上的波动输入,通过对不同场地类别下结构的动力特性进行分析,研究了考虑SSI时结构的地震响应。结果表明,考虑SSI效应会减小结构的自振频率,增大结构的动力响应,场地土较软时尤其显著;考虑SSI效应能减小隔震层相对于基底的位移量;软弱地基会降低隔震效果。

土-地铁车站及其上盖结构体系地震反应分析

为研究地震作用下地铁车站及其上盖结构体系的地震反应特征,本文以一典型的地铁车站及上盖结构体系为背景,采用ABAQUS软件建立土-地铁车站及其上盖结构体系的三维有限元模型,利用等效线性化方法考虑土的非线性,以不同类型的单向地震波和双向地震波(含水平向和竖向)作为输入,对土-地铁车站及其上盖结构体系进行了地震反应分析,比较了不同类型地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系地震反应的差异,探讨了竖向地震动效应和转换梁刚度的影响.本文的算例结果表明:与普通基岩波和El-centro反演波输入相比较,在长周期基岩地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系的内力响应和位移响应均最大.这一地铁车站及其上盖结构体系的薄弱部位位于地铁车站底层第2列、第3列柱的柱端和侧墙与底板连接处.竖向地震动对地铁车站及其上盖结构体系中柱的轴力响应值有较大影响.对于本文的动力计算工况,适当弱化转换梁刚度可降低上盖结构层间位移角的动力响应值.

受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究

为了研究在上部结构存在下隧道与土体的地震响应规律,以地表建筑结构和地下上下平行隧道体系为背景,在软土场地上进行了隧道-土-相邻上部结构体系振动台试验。先介绍了整体试验的概况,包括振动台性能和模型材料,模型各物理量的动力相似关系,模型结构的尺寸,并参照已有研究选定了模型箱内部的边界条件,模型中传感器的位置以及适合该场地的地震波和加载制度。然后,分别从加速度和变形两方面对上下平行隧道与土的地震响应进行分析。在上部结构存在条件下,试验数据表明:①土体加速度峰值沿深度整体自下而上增大,隧道上部土体的加速度增大明显,随着输入加速度峰值的增大,土体的加速度放大系数减小;②在地震波作用下,上隧道的加速度反应大于下隧道,且上隧道的拱腰、拱脚部分与下隧道的拱肩、拱脚部分应变峰值最大。