结构-地基相互作用体系动力特性参数的简化计算方法

本文首先介绍了几种计算结构 地基相互作用体系动力特性的简化方法,并用振动台模型试验的数据资料进行计算分析,讨论了各方法的局限性;在此基础上,提出了一种改进的简化计算方法。在该方法中,主要改进是合理考虑了桩基对体系刚度的贡献。

结构-地基相互作用的频域计算模型

基于比例边界有限元法(SBFEM)建立了结构-无限地基相互作用分析的频域透射边界,这种透射边界精确满足Sommerfeld辐射条件.该方法的特点是可以根据精度需要从低阶到高阶逐步递推计算无限域刚度矩阵,应用简单且十分方便.针对文献中比较常用的各种无限地基计算模型的适应性进行了一定的研究分析.结合无限地基上重力坝的地震响应,对无限地基迟滞效应的影响进行了对比分析,由对比结果可以看出考虑无限地基影响时的坝体最大拉应力分布比常用的无质量地基模型的计算结果约小15%;考虑迟滞效应时最大应力计算结果比不考虑迟滞效应时的计算结果增加了约25%.

考虑结构-地基相互作用CFST拱桥地震反应分析

为研究结构-地基相互作用对上承式大跨度钢管混凝土拱桥地震反应的影响,以黏弹性人工边界模拟半无限介质的辐射阻尼及远场地球介质的弹性恢复性能.用大型计算软件ANSYS为计算平台,以跨径为430 m的上承式钢管混凝土拱桥为工程背景,分析了多种地基情况对上部结构地震反应的影响.结果表明,考虑结构-地基相互作用后与拱脚固结情况相比拱桥固有频率、地震应力值降低,地震位移反应有所增加;该桥各关键截面的地震应力变化不大,钢管应力下降最大不超过1%,混凝土应力下降最大不超过3.5%;基岩材料变化对结构地震反应的影响大于混凝土桥基材料的变化对结构地震反应的影响;在地震响应下,最危险截面下弦杆是拱脚截面,上弦杆是离拱脚3/8跨径处截面,桥面系是跨中截面.

剪力墙结构与地基相互作用的动力响应分析

运用有限元软件ANSYS,分析剪力墙结构与地基相互作用体系在地震荷载作用下剪力墙的位移响应和应力响应,得出一些结论,为结构与地基动力相互作用的进一步研究奠定了基础。

基于声固耦合法的拱坝-库水-地基相互作用分析

为了研究拱坝库底吸收边界对坝面动水压力分布及坝体动力响应的影响,本文基于声固耦合法结合阻抗边界条件对库水表面重力波、库底吸收边界、坝体-库水交界面和库尾辐射边界进行模拟。建立了大岗山拱坝-库水-地基系统有限元模型,通过计算地震条件下不同库底反射系数的坝面动水压力及坝体动力响应,算例验证了提出模型的准确性。结果表明:库底反射系数越大,动水压力幅值越大,并且越靠近库底这种影响越明显。变库底反射系数和单一库底反射系数条件下的坝面动水压力分布及坝体动力响应相差较大,因此工程中在考虑库底吸收边界时可适当考虑变库底反射系数条件下的坝体动力响应。

山地风电场塔筒-基础-地基相互作用有限元研究

采用ABAQUS软件建立风电机组上部结构-钢混基础-岩土地基相互作用的三维有限元模型,岩土地基采用弹塑性Drucker-Prager模型,对山地风电场中风电机组的结构静力性能进行研究。分析发现,塔筒主要呈弯曲型变形,顶部受机舱约束应力不为零;基础环需切实保证其与钢混基础的握裹作用,否则基础环中部易出现应力释放,导致局部屈服和过度变形;与刚体假设不同,钢混基础底部应力非线性,基底中心两侧会产生两处弯折变形,相应部位需增强配筋;荷载较大时,岩石地基会产生塑性应变;钢混基础、基础环、塔筒倾斜率自下而上逐级增大。

支井河特大桥考虑结构-地基相互作用模态分析

用有限元计算软件ANSYS对支井河特大桥进行了模态分析,考虑了结构-地基的相互作用,地基有限计算区域的人工边界用粘弹性边界实现。结果表明,全桥纵向刚度远大于侧向刚度,前十阶振动主要发生在侧向;考虑了结构-地基相互作用后,与传统假设刚性地基时模态分析结果相比,结构各阶模态的固有频率均有降低,但降低程度不大,说明该桥基础刚度较大,满足刚性基地的假设。

基于加速度输入的结构-地基相互作用分析分区递归时域算法

由于无限地基动刚度的频率相关性,用于结构-地基动力相互作用分析的各种方法基本上都是将地震动作用转化为作用在边界上的力,需要同时包括地震动位移、速度和加速度输入信息.为简化,基于阻尼抽取法,提出一种基于加速度输入的分区递归数值求解算法,该算法仅需要地震动加速度信息,与地震动加速度成比例的结构惯性力作为地震荷载输入,可方便地确定由于结构震动对地基变位的影响,同时避免了无限地基动刚度时域算法中的褶积分.数值算例表明该方法具有良好的精度与应用的简便性.

有限压缩层地基模型在刚性基础与地基相互作用分析中的应用

本文推导了矩形面积上单位均布荷载作用时角点下的沉降的数学表达式，利用叠加原理可求得任意点处的沉降系数，从而改进了有限压缩层模型的计算过程，并运用到刚性基础与地基的相互作用分析中。

考虑桩-弹性地基相互作用的单桩风机自振频率

考虑桩-弹性地基相互作用,采用集中质量法和柔度法对泥面线以上的单桩风机结构进行多自由度动力分析,确定单桩风机的自振频率。通过算例给出单桩风机的自振频率值,并与不考虑桩-弹性地基相互作用的单桩风机的自振频率值进行比较。

高层建筑结构-地基动力相互作用效果的振动台试验对比研究

本文通过对高层建筑结构 -地基动力相互作用体系和刚性地基上高层建筑结构的振动台模型试验成果的对比分析 ,研究了相互作用对结构动力特性和地震反应的影响。结构 -地基动力相互作用使结构频率减小 ,阻尼增大 ;相互作用体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线不同 ,基础处存在平动和转动 ;在地震动作用下考虑相互作用的结构加速度、层间剪力、弯矩以及应变通常比刚性地基上的情况小 ,而位移则比刚性地基上的情况大。

动力相互作用分析中无质量地基的应用研究

关于结构-地基的动力相互作用分析已经提出了很多方法,但由于方法复杂而没有得到广泛应用,无质量地基模型仍然是应用最为广泛的近似方法。本文通过结构-地基的动力相互作用分析公式的推导,详细阐明了考虑无限地基影响的动力相互作用分析中无质量地基的概念和应用范围,并通过算例进行了说明。

求解结构-无限地基动力相互作用的高阶透射边界频域方法

基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,SBFEM)对结构-无限地基系统进行了频域的动力相互作用分析。通过一种新的高阶透射边界对无限地基进行模拟,该透射边界是基于无限域动力刚度矩阵的连分式解形式,连分式的系数通过以动力刚度矩阵表示的比例边界有限元方程递推计算。通过数值算例验证了该高阶透射边界的收敛性,并与解析解进行了比较,表明该方法具有较高的精度。最后对重力坝-库水-无限地基系统进行了频域分析,将计算结果与无质量地基模型进行了对比。对比结果表明,所提地基模型计算的结果与无质量地基模型的计算结果相比降低约20%。该方法可以有效地进行二维和三维大型结构-地基相互作用分析。

结构-地基相互作用研究的回顾与展望

结构-地基相互作用问题是地震工程、防灾减灾工程及防护工程等领域十分关注的一个课题。通过查阅大量文献,对结构-地基相互作用问题的发展历程进行了回顾,对研究现状进行了总结,重点概括了各种结构-地基动力相互作用分析数值方法,并对结构-地基相互作用研究做了展望。

结构-地基开放系统动力相互作用问题的高效解法

应用黏弹性人工边界将结构-地基开放系统转化为近似的封闭系统,利用等效地震波动输入方法将波动散射问题化为波源问题,再采用振型叠加法对近似封闭系统进行分析,由此建立了一种结构-地基开放系统动力反应问题的高效计算方法。采用高效算法分别计算了二维弹性半空间波源问题和地震作用下结构-地基动力相互作用问题算例,并与采用常规的直接时域逐步积分法给出的计算结果进行了对比,由此讨论了高效算法的特点。与常规直接动力分析方法相比,高效算法可以在确保模拟精度的同时,有效降低计算工作量、节省计算时间,并且结构-地基动力相互作用系统的模型越大、自由度越多,高效算法的优越性就越突出,从而为大型结构-地基系统动力相互作用问题数值分析提供了一种高效而精度足够的解法。

结构-地基动力相互作用时域数值分析的显-隐式分区异步长递归算法

动力相互作用时域数值分析的精度与效率是面向大规模工程问题解决的重要问题。在阻尼溶剂抽取法模拟地基无限域动力性质的基础上,提出并发展了结构–地基动力相互作用时域数值分析的显–隐式分区异步长递归算法,分别在结构、地基分区计算中进行大步长隐式与小步长显式求解,而且采用预报–校正显式积分与Newmark隐式积分,具有相同的运动量数值积分假定,可自然满足分区交界面位移协调性条件。在满足工程精度要求的条件下,分区异步长显–隐式求解算法使动力相互作用时域数值计算效率较传统小步长显式积分算法得到大幅度提高,可明显促进阻尼溶剂抽取法在大规模工程问题分析中的应用。并就积分时间步长、结构–地基交界面异步长内插格式及位移协调性关系对结构动力响应的影响进行数值对比研究,可为具体计算中的参数选择提供依据。

结构-地基动力相互作用时域数值计算模型研究

完全在时域数值分析范畴内,本文对结构-地基动力相互作用系统运动方程进行了深入推导,给出了统一的基本表达形式,简化可获得目前应用的各类主要时域模型。其中,基于结构-地基交界面的位移协调条件及作用力与反作用力平衡方程,推导了动力相互作用分析子结构法模式的时域基本方程。从结构的一般动力平衡方程出发,推导了相互作用直接法模式的基本平衡方程,并基于有限元模型对两类模式间的等价性条件进行了理论验证。

地基-结构动力相互作用对基础隔震效果的影响

以多层基础隔震框架为研究对象,利用有限元分析方法,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。对考虑和不考虑SSI效应时隔震体系的动力特性和地震响应的差异进行对比,并对地基-结构相互作用效应各组成因素对隔震后地震响应的影响规律进行分析。分析结果表明,地基-结构相互作用效应对基础隔震结构存在影响,在工程设计中,隔震结构不应忽略地基-结构相互作用效应的影响。

无限地基-结构动力相互作用分析的分区递归时域算法研究

基于阻尼抽取法,针对结构-无限地基动力相互作用时域分析提出了一种新的分区递归数值求解算法,包括逐步积分形式的地基作用力计算公式及动力相互作用分析中,基于子结构法的具体数值实现过程。该算法隐式地满足了无限介质辐射条件,可方便地确定地基作用力与交界面位置变位的关系,消除了无限地基动刚度时域算法中的频率相关性及褶积分,此外,时域子结构方式的求解可以方便地考虑结构部分的非线性力学特征。以实例的形式说明了该方法良好的精度与应用的简便性。

空间结构-地基动力相互作用数值分析时域算法研究

对于大型结构地震响应分析,结构-无限地基耦合系统动力分析的数值实现,往往由于有限元网格过多,以及地基无限域时域计算模型中存在的复杂卷积运算,严重限制了求解规模.为解决此问题,提出了基于阻尼溶剂抽取法的三维结构-地基相互作用分析的分区时域逐步求解模型.并针对三维大规模工程问题的数值求解,在积分算法及矩阵存储格式等方面,结合阻尼溶剂抽取法的特点进行了详细的探讨,以推进动力相互作用时域数值分析的实用化.以三维全空间球形空腔动力变形及大岗山拱坝的地震响应分析为例,针对上述数值实现算法进行了具体验证,并就不同的地基弹模及地震波输入方式对坝体响应的影响进行了探讨.计算结果表明,地基辐射阻尼以及河谷散射效应对结构的动力响应有很大影响,而该模型表现出了良好的精度和计算效率.