考虑桩土-隔震层-罐体相互作用的隔震储罐地震响应分析

为了研究桩土、隔震层与罐体相互作用对15×104m3隔震储罐地震响应的影响,桩与隔震层采用弹簧-阻尼单元,罐体采用壳单元,流体采用势流体单元,基于ADINA建立数值仿真分析模型,在8度El Centro地震动激励下,应用Newmark数值积分方法进行地震响应分析。结果表明:隔震储罐基底剪力和基底弯矩相对于非隔震储罐明显降低,储罐罐壁加速度沿罐壁高度方向近乎平动,但对波高的控制效果不明显;除罐壁顶部外,动液压力明显降低;隔震后,罐壁有效应力和环向应力减震效应明显,对轴向应力和径向应力影响较小,建议从安全角度考虑,储罐非隔震设计时不考虑桩土作用,隔震设计时考虑桩土对罐体的影响。

桩-土-桥相互作用对隔震连续梁桥地震响应的影响

随着隔震技术在桥梁结构中的广泛应用,建立合理的桥梁模型进行隔震分析十分重要。以某连续钢箱梁桥为对象,建立了墩底固结不考虑桩土、M法桩和非线性有限元桩的三种桥梁模型,通过对这三种桥梁模型进行隔震前后的地震响应分析,以研究桩-土-结构相互作用对不隔震和隔震桥梁的影响。研究表明:考虑桩-土相互作用对该桥梁隔震前、后的地震响应都具有较大的放大效应,非线性有限元桩桥梁模型的放大效应大于M法桩的桥梁模型;三种模型的隔震率相差不大,不考虑桩-土-桥梁结构相互作用不会对隔震率产生过大估计。

生态复合墙结构在土-桩-结构相互作用下隔震设计研究分析

利用时程分析法对天然地基上带群桩基础的生态复合墙结构进行隔震设计研究分析。建立弹簧单元模拟群桩基础,采用Davies方法确定桩的刚度;利用SAP2000建立生态复合板隔震模型。用时程分析法进行地震反应分析,比较隔震结构和非隔震结构时程反应分析结果,并找到其中规律,为隔震设计提供设计依据。

考虑土-结构作用的层间隔震结构三维地震响应

实际地震具有多维性,只考虑水平向往往不够真实全面,且在考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)中更为复杂,缺少相关的研究分析。建立层间隔震结构模型,利用点弹簧模拟土体参数实现SSI效应,进行三维地震动下动力弹塑性分析。研究三维地震激励下,考虑SSI前后的层间隔震结构的地震响应,通过改变土体性质,探讨了考虑SSI对结构的影响规律。针对三维地震动,设置了三维隔震支座,并与传统水平隔震支座结构进行了地震响应分析对比。结果表明:三维地震下,考虑SSI层间隔震结构地震响应增大,周期有所延长,层间位移角增大,结构损伤加重;采用三维隔震支座后,考虑SSI层间隔震结构的层间位移角和基底剪力均明显减小,结构的损伤程度减轻,三维隔震支座减震性能更优。

场地土性对核岛隔震结构影响的振动台试验研究

为研究不同地基土的土-结构动力相互作用对基础隔震体系动力反应影响规律,配备了3种不同硬度的地基土,开展土-群桩-核岛体系与土-群桩-隔震支座-核岛体系结构动力相互作用振动台试验,分析了不同场地土之间桩土相互作用、上部结构动力响应特征、桩身内力分布、变形规律以及破坏情况等。结果表明:地基土硬度的变化,对隔震体系桩-土相互作用有明显影响。随着桩土刚度比的增大,基础隔震支座的隔震效率逐渐减小,且土结分离现象更为明显;对于隔震结构,在不同场地土中加入隔震支座后,桩身受弯峰值随着土体刚度增大沿桩身高度逐渐增大;核电工程采用隔震支座时,应考虑不同场地土地基对于桩基础受力分布的改变,做出相应加固措施,以保证其安全性。

地基-基础隔震系统整体地震响应有限元分析

近几十年来,基础隔震技术逐渐被重视,得到了广泛的应用,并被纳入国家建筑抗震设计规范。但是在传统的理论分析中,对于基础隔震结构往往忽视土-结构动力相互作用对其隔震效果的影响。即使考虑地基的影响,也大都是采用弹簧和阻尼器(地基动刚度)代替。笔者运用ANSYS软件的二次开发功能,提出将结构、隔震层和地基结合起来作为一个完整系统分析,并对一叠层橡胶基础隔震7层钢筋混凝土框架结构在考虑土-结相互作用情况下,进行了整体地震响应有限元计算、比较、分析。结果表明进行地基-基础隔震系统整体地震响应有限元分析是完全可行的而且是必要的。

近场地震动作用下山地隔震框架结构抗震性能

研究目的:近断层地震动具有明显的长周期高能量的速度脉冲,对隔震结构可能造成严重的破坏,我国大部分山地地区处于地震多发带,对于修筑其上的隔震建筑结构来说,对其抗震性能的研究显得尤为重要。本文通过筛选来自台湾集集地震的不同特性的近断层地震波,并对不同特性的近断层波进行频谱分析,引入多次透射边界以模拟场地的无限性,分别考察上盘效应、脉冲效应、向前方向效应以及滑冲切效应对山区多层接地基础隔震框架结构动力响应的影响。研究结论:(1)未调幅的上盘地震动作用下结构的地震响应大于下盘,调幅后却下盘大于上盘;(2)在含滑冲切效应脉冲、含向前方向性效应脉冲、无速度脉冲地震动作用下,结构的地震响应的大小关系为:含滑冲切效应脉冲>含向前方向性效应脉冲>无速度脉冲;(3)向前方向效应地震动断层法向分量作用下结构的响应明显大于断层平行分量地震动;(4)本文给出了近断层地震动特性对多层接地隔震框架结构地震反应影响的规律,对近震区山地隔震框架结构的设计具有一定参考意义。

扩孔隔震桩-土相互作用受力性能拟静力试验

整体桥上部结构在温度及地震作用下所产生的纵桥向变形极易导致混凝土桩的顶部区域发生破坏。扩孔并填充阻尼材料可形成扩孔隔震桩,提高整体桥中混凝土桩的抗震性能。以某整体桥的桥台下单桩为工程背景,考虑不同扩孔直径和阻尼填料(橡胶颗粒和泡沫),开展扩孔隔震桩-土相互作用受力性能拟静力试验研究。研究发现:达到最大荷载时,无扩孔试件出现桩-砂土分离现象;当扩孔直径为2倍桩径时,试件出现桩-阻尼填料和阻尼填料-砂土分离现象,当扩孔直径为3倍桩径时,填充橡胶颗粒的试件的桩身水平位移完全被橡胶颗粒所吸收。故扩孔直径是影响桩身水平位移在阻尼填料中传递方式的关键参数;与无扩孔试件相比,扩孔隔震试件的滞回曲线更加饱满且等效黏滞阻尼比更大,可以发挥阻尼材料的耗能特性;填充橡胶颗粒的耗能效果优于填充泡沫,这是因为松散橡胶颗粒的变形能力和自动复位特性有利于能量耗散,而泡沫的整体性使其黏滞性和减震性不能完全发挥;在扩孔深度范围内,扩孔隔震试件的p-y曲线刚度明显低于无扩孔试件(最大降幅达到45.1%);随着扩孔直径增大或阻尼材料刚度减小,地基土模量系数减小;与无扩孔试件相比,扩孔隔震试件最大荷载略大,初始刚度和桩身最大弯矩略小。

低、多层房屋基底软土垫层隔震研究

为了发展适用于低、多层房屋的隔震方法,本文提出了基底软土薄层隔震的思想和详细构造。通过建立包含基底软土垫层的地基-基础-上部结构体系整体有限元模型,考虑软土垫层的几何特性及动力学特性参数的变化,分析了软土垫层埋深、厚度、端部宽度以及软土层最大动剪模量、软土层横观各向同性特性对上部结构动力反应的影响。结果表明:(1)基底软土薄层将使得上部结构的加速度幅值减小,并且降低的程度随着软土动剪模量的降低而增大;(2)软土层动力非线性的发展和横观各向同性特性有助于其隔震效应的提高;(3)当在实践可能的范围内变化时,基础埋深、基底软土层厚度、基础端部软土层宽度等决定隔震垫层工程量大小的参数对软土层隔震效应影响较小;(4)基底软土层隔震效应随着上部结构自身刚度增大而增加。本文研究结果表明基底软土隔震是一种适用于低、多层房屋的简单廉价的隔震方法,且具有较好的鲁棒性。

桩基隔震储罐地震响应参数影响分析

为了分析桩基隔震层参数对储罐地震响应的影响,以15×104m3立式储罐为研究对象,桩基和隔震层采用弹簧单元,罐体采用壳单元,流体采用势流体单元,基于ADINA三维有限元分析程序建立有限元模型,应用Newmark数值积分方法,选取不同隔震层参数进行地震响应分析。结果表明：随着阻尼比的增大,有效动应力的减震效应降低,建议考虑桩土基础隔震储罐的隔震层阻尼比取ξ在0.1~0.3范围内为宜;随着隔震周期的加长,有效动应力峰值在降低,建议取隔震周期为2~3s;储罐抗震减震设计时,应选择统计意义上与抗震设计反应谱相符合的多条地震波进行地震响应均值分析。

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。

土-结构相互作用对隔震结构减震效果影响研究

为研究土-结构相互作用(SSI:Soil Structure Interaction)对隔震结构减震效果的影响,在考虑SSI地震动力反应的前提下,采用子结构方法,建立了隔震结构计算模型,并利用Matlab语言编制了求解软件。通过输入Elcentro波,得到结构在考虑SSI作用时的地震动力反应。对比是否考虑SSI的地震动力反应,分析结果表明:①对于不隔震的结构,考虑SSI作用时,地基土的作用类似于设置隔震层,基本上能使结构地震动力反应减小;②在软土地基上设置隔震层,可能对结构地震动力反应出现放大效应,而在坚硬土地基上设置隔震层,则类似于不考虑SSI作用情况;③基础宽度、基础埋深及基础重心高度等参数增加时,基本上都能使结构的鞭梢作用增强,使上半部分楼层加速度有放大的现象。

考虑SSI效应的隔震结构体系简化分析方法

基于集总参数SR模型,建立了土-隔震结构相互作用体系动力特性的简化分析模型,给出了土-隔震结构体系动力特性参数的简化计算公式;在此基础上,改进了土-隔震结构体系层间剪力及层间变形的简化分析方法;通过本文方法的计算结果与振动台模型试验结果、《抗震设计规范》分析方法的计算结果对比分析,验证了本文提出的简化分析方法的可行性和易用性。对比分析结果同时表明隔震结构层间剪力的计算在小震时可不考虑隔震层转动效应的影响,而大震时应考虑隔震层转动效应的影响。本文提出的简化分析方法能够合理反映土-隔震结构体系的动力相互作用效应,为隔震结构方案设计时评估土-结构相互作用(SSI)效应的影响提供了简便有效的分析方法。