斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应分析

为分析斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应,采用等效节点力实现地震波输入,通过黏弹性人工边界处理无穷远辐射条件,分析了地震波类型、土体参数、入射角度等因素对单层球面网壳结构的土-结构相互作用及其地震响应影响。结果表明:单层球面网壳结构在地震波入射一侧出现翘起,网壳总体沿入射方向发生旋转,当P波斜入射时支座位移差最大达0.514 m,为网壳跨度的1/250。当P波斜入射时,软弱土情况下网壳顶点位移比中硬土和中软土大,顶点位移随入射角增大呈现先增大后减小的趋势;当SV波入射时,中软土情况下网壳顶点位移比中硬土和软弱土大,顶点位移随入射角增大而增大。斜入射地震波下,考虑土-结构相互作用后网壳顶点位移增幅最大达5.5倍,网壳外圈位移增幅大于网壳跨中增幅。

考虑土−结构相互作用的地下室层对高层建筑地震反应影响研究

当前建筑抗震设计中往往忽略了地下室层及土−结构相互作用(soil-structure interaction,简称SSI)效应的影响,研究旨在通过振动台试验和数值模拟,研究考虑SSI效应时不同地下室层数的高层建筑在不同地震作用下的地震反应。首先选择相似系数λ(λ=1:50)进行缩尺模型的振动台试验,以模拟真实建筑的地震反应。为了模拟复杂的结构系统,利用PLAXIS 3D对有无SSI效应的缩尺模型和真实模型分别进行了数值模拟。试验和数值模拟的结果取得了很好的精确度并具有良好的一致性,同时也验证了所选相似系数λ=1:50足以反映不同地震作用下建筑的真实情况。通过对试验和数值模拟的结果进行分析,发现SSI效应和地下室对高层建筑的地震反应的影响显著。虽然目前大多数规范都认为SSI效应会减小建筑的剪力,增加相对侧向位移,但研究发现,在某些情况下SSI效应会增加建筑的剪力和相对侧向位移。

考虑桩-土相互作用的超大型单桩式海上风机结构地震响应

为了解决桩-土相互作用对超大型单桩式海上风机结构地震响应影响的问题,基于IEA 15 MW的固定式单桩海上风机原型,使用Abaqus建立考虑桩-土相互作用与泥面固定2种风机结构模型,桩-土相互作用通过一组非线性弹簧模拟。考虑风-波浪与地震联合作用,分析桩-土相互作用对超大型固定式单桩海上风机结构动力响应的影响。结果表明:针对超大型海上风机,桩-土相互作用效应使风机支撑结构的特征频率降低3%~6%;考虑桩-土相互作用的大兆瓦风机动力响应远大于泥面固定风机模型的动力响应;海上风机尺寸越大,桩-土相互作用引起的海上风机结构动力响应偏差越显著。

考虑水-结构-土相互作用下深水圆柱的地震响应分析

以水中圆柱体为模型,考虑水⁃结构⁃土的相互作用,研究柱体结构在地震和波浪共同作用下的动力响应。采用有限元法将柔性柱体结构离散为欧拉⁃伯努利梁单元,水⁃结构相互作用通过附加质量代替,土⁃结构相互作用通过线性弹簧代替。基于结构自振频率分析,讨论土⁃结构和水⁃结构相互作用对结构自振频率的影响。研究土⁃结构相互作用、地震动水力和波浪力对柱体结构动力响应的影响。

考虑土-结构相互作用的大跨度空间结构抗震研究进展

考虑土-结构相互作用(SSI)的大跨度空间结构抗震研究对于实现大跨度空间结构精确化分析,保障结构抗震安全性具有重要意义。为了更好地应用已有大跨空间结构考虑土-结构相互作用的研究成果,分别对土-结构相互作用研究分析方法、框架结构SSI效应影响分析、地下-土-地上结构相互作用研究现状、大跨度空间结构与下部支承体系协同工作及考虑SSI对大跨度空间结构动力性能的影响等方面的研究成果进行了梳理。结果表明:已有土-结构相互作用分析方法及计算模型对于大跨度空间结构的适用性有待商榷;框架结构SSI效应和大跨度空间结构与下部支承体系协同工作的研究相对成熟,其成果可供借鉴;带有大型复杂地下结构的大跨空间结构SSI效应显著;现有研究多以数值模拟为主,试验技术的发展对大跨空间结构土-结构相互作用抗震理论的验证至关重要;未来需要进一步研究实用的简化计算模型及分析方法、地下结构-土-大跨度空间结构体系、强震失效倒塌机理及减隔震研究、试验研究、参数分析、复杂效应耦合等。

考虑土-结构相互作用永祚寺文峰塔地震响应分析

为研究土-结构相互作用对古塔地震响应的影响,借助ABAQUS有限元软件通过对地基土施加黏弹性边界,建立了不考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)效应、SSI效应下不考虑基础与地基土分离滑移与SSI效应下考虑分离滑移三种模型,通过时程分析法对比分析了SSI效应对山西省永祚寺文峰塔动力特性与破坏形态及损伤的影响。结果表明:考虑SSI效应后古塔高阶自振频率显著降低,其水平位移与层间位移角将总体增大,水平加速度放大系数呈下降趋势,塔下层损伤明显加剧且上层损伤有所降低,基础损伤明显;在设防地震作用下基础与地基土分离滑移现象加剧,有将沿中和轴破坏的风险,底层塔檐为薄弱部分,且基础的损伤不容忽视。分析结果对于预测高层密檐塔损伤破坏具有参考作用。

地震作用下桩-土-核电结构相互作用的异步分析方法

为拓展核电厂的选址范围,有必要对非基岩场地桩基情形的核电结构进行地震安全性评估。在目前的桩-土-结构相互作用分析方法中,Winkler地基梁模型以及p-y法都将桩-土-结构相互作用问题进行了简化,难以反映复杂地基情形。整体有限元法可考虑复杂地基情形,但计算量较大,效率较低。本文基于高效的三维时域土-结构相互作用分区分析(Partitioned Analysis of Soil-Structure Interaction,PASSI)方法,实现桩基与土体分别采用不同时间步距的计算方法,避免土体采用桩基相对较小的时间步距而增加不必要的计算量。本文以AP1000核岛结构作为研究对象,建立了桩-土-核电结构相互作用的三维有限元模型并对其进行分析。通过输入脉冲波验证了该异步算法的有效性,并结合运动相互作用和惯性相互作用,分析了桩身最大剪力和最大弯矩的特点。分析了桩-土-核电结构在地震波输入下的响应。由于桩的自由度数相对于土体的自由度数可以忽略不计,采用桩-土异步算法时,桩附加的计算量可以忽略,这种高效方法有望用于大型核电结构的桩-土-结构动力相互作用分析中。

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于Penzien提出的集中质量法 ,将上部结构和桩基离散为剪切型质点串 ,以弹簧和阻尼器模拟周围土体 ,建立土 -桩 -结构动力相互作用的分析模型 ,给出相互作用参数的确定方法 ,并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性 ,通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应 .运用此模型对某 180m混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析 ,得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致 ,但考虑桩 -土 -上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长 ,变形增大 ,剪力和弯矩相应减小 .桩 -土 -上部结构相互作用增加了结构的柔性 。

动水及桩-土-结构相互作用对跨江大桥稳定性的地震影响分析

为了得到更为符合实际情况的跨江大桥动力稳定性的地震反应分析,在桥梁抗震研究中必须综合考虑动水及桩–土–结构的相互作用。基于此,根据Poisson方程,利用Trefftz函数和微波理论建立求解地震中桥墩表面动水压力的计算方程;由线性化的Morison公式,给出计算地震中动水能量对桩体的波浪推力方程;同时,引入改进的Penzien模型,对桩–土–结构的地震效应进行分析。采用该方法对国内某跨江大桥进行动力反应时程分析,计算结果显示,该方法简单有效,且具有较高的计算精度。

基于动水及桩-土-结构相互作用的斜拉桥地震响应分析

为了得到更为符合实际情况的跨江大桥动力稳定性的地震反应分析,在桥梁抗震研究中必须综合考虑动水及桩-土-结构的相互作用。基于此,结合某斜拉桥,采用基于Morison方程的动水力简便计算方法来模拟水对桥梁下部结构的动水压力,通过大型有限元程序Midas/Civil分别建立了没有考虑动水及桩土效应和考虑动水及桩土效应两种情形下的计算模型,通过输入El-Centro波分析了动水及桩土效应对斜拉桥结构动力特性和地震反应的影响。分析表明动水及桩土效应对斜拉桥动力特性和地震反应的影响较大,因此在对跨江斜拉桥结构进行抗震分析时,应考虑动水及桩土效应对其动力反应的影响。

地震作用下水-结构-土动力相互作用分析

该文基于ABAQUS建立了地震作用下水-结构-土系统数值模型,分析了地震动水平和竖向作用时在不同水深条件下水-结构、水-土相互作用对结构、土体和水体响应的影响。结果表明,水平地震动作用下水-土相互作用对系统响应的影响远小于水-结构相互作用,且对水、土、结构响应的影响较小,可忽略不计。竖向地震动作用下水-结构相互作用对系统响应的影响远小于水-土相互作用;水-结构相互作用对系统响应影响较小,做理论简化分析时可忽略这一部分,只考虑水-土动力相互作用。

考虑土-结相互作用的大型结构高效地震分析方法

在对大型工程结构进行地震反应分析时土-结构相互作用通常不可忽略,然而,结构本身巨大的体量及考虑土-结构相互作用后引入的大范围土域模型导致计算规模通常十分庞大,由此引起的计算效率低下问题已成为制约此类结构性能分析的关键因素。该文提出一种新型土-结相互作用分析方法,并基于此实现了大型结构考虑土-结构相互作用的高效地震反应分析,建立不同接触状态下的单元法向和剪切相对位移分解方法;采用三维无厚度Goodman接触面单元格式对土与结构的接触行为进行描述,并通过插值方法对单元非线性变形进行描述,推导出隔离非线性的接触面单元控制方程;在此基础上,建立了大型工程结构考虑土-结构相互作用的整体式计算模型和高效地震反应分析方法。由于该文方法在每次迭代求解过程采用Woodbury公式计算结构响应,其仅需对一个规模极小的局部非线性矩阵进行迭代更新,避免了传统方法所需的结构大规模整体刚度矩阵实时更新分解,因而能够大幅度提高结构地震反应分析效率,数值算例验证了该文方法的有效性及高效性。

基于动水及桩-土-结构相互作用的斜拉桥地震响应分析

为了得到更为符合实际情况的跨江大桥动力稳定性的地震反应分析,在桥梁抗震研究中必须综合考虑动水及桩–土–结构的相互作用。基于此,结合某斜拉桥,采用基于Morison方程的动水力简便计算方法来模拟水对桥梁下部结构的动水压力,通过大型有限元程序Midas/Civil分别建立了没有考虑动水及桩土效应和考虑动水及桩土效应2种情形下的计算模型,通过输入El Centro波分析了动水及桩土效应对斜拉桥结构动力特性和地震反应的影响。分析表明:动水及桩土效应对斜拉桥动力特性和地震反应的影响较大,因此在对跨江斜拉桥结构进行抗震分析时,应考虑动水及桩土效应对其动力反应的影响。

考虑水-桩-土相互作用的单桩式海上风机结构系统自振频率解析解

海上风机结构系统频率是海上风机结构和基础设计考虑的关键因素之一,桩-土相互作用对海上风机结构系统频率影响显著。基于欧拉-伯努利梁理论和传递矩阵方法,考虑水-桩-土相互作用及塔筒变截面特性,建立单桩式海上风机结构系统横向振动自振频率特征方程;将桩-水相互作用等效为附加质量、桩-土相互作用等效为线性弹簧,变截面塔筒等效为多段均匀梁,利用MATLAB中fsolve函数求解固有频率。通过与有限元分析结果进行对比,验证本文方法精度与有效性,并将本文方法应用于实际工程中,研究桩基础埋深、上部质量、转动惯量和桩-水相互作用对单桩式海上风机结构系统自振频率的影响。

部分排水条件下土—结构动力相互作用

本文研究土－结构相互作用体系地震反应的分析方法，考虑含水饱和土地基，并将其极为固液两相体，用Ｂｉｏｔ动力固结理论进行分析，对整个土－结构相互作用体系采用有限元计算模型，对有限元方程的求解，建议采用一种无条件稳定的交叉求解法，文中对动力相互作用问题的地震输入及求解方法的各主要方面进行了讨论，并用数值算例展示了解法的有效性及相互作用的影响。

不同基岩输入方法对核电厂土与结构相互作用体系水平地震反应谱的影响

本文依据SASSI用户手册提供的核岛上部结构模型及典型场地建立分析模型,分别选取如下记录作为基岩地震输入:(1)汶川记录中一组有规律随震中距变化的基岩记录;(2)美国RG1.60目标谱相匹配的长滩LBNS记录调整合成的基岩地震记录;(3)我国核抗规HAD101/01目标谱相匹配的H-E08230记录调整合成的基岩地震记录。采用时域显式内域结合人工边界的算法及程序计算地震反应,主要对比我国HAD101/01及美国RG1.60标准获得的核电结构反应谱的差异,进一步与汶川记录反应结果对比,探讨其与我国基岩目标谱获得结果的差异。同时本文还讨论了震中距及土与结构相互作用(SSI)对核岛结构基础反应谱及楼层谱的影响。

考虑土——结构动力相互作用后水平地震作用折减问题的研究

简述了土—结构动力相互作用国内外研究概况 ;对国内外抗震设计规范考虑土—结构动力相互作用的有关条文进行了分析 :指出《89规范》[1] 第 4 .2 .6条考虑土—结构动力相互作用时存在的问题。

考虑桩-土相互作用的深水桥墩地震响应分析

深水桥梁往往为桩基础形式,其地震作用下桩-土相互作用效应显著,掌握桩-土相互作用对深水桥墩地震响应的影响,有助于指导深水桥梁结构的抗震设计。该文通过附加质量方法考虑动水压力作用,采用精细化模型模拟桩-土相互作用,引入动力松弛技术完成初始地应力平衡,建立了考虑桩-土相互作用的深水桥墩地震响应数值模拟方法,并通过离心机振动台试验验证了其正确性。利用已验证的数值模拟方法分析了不同地震强度和不同场地土体强度对深水桥墩地震响应的影响,结果表明:随着场地土体强度提高,桥墩的地震位移响应减小,水体的存在不会改变此规律;软弱土场地的动水压力对桥墩和桩基的地震响应影响较小,最大影响程度在10%左右;中硬土场地的动水压力明显增大桥墩和桩基的地震响应,且地震强度越大,增大效应越明显,因此强震作用下处于硬土场地的动水压力作用在桥梁结构抗震设计中必须予以考虑。

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。

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。