桩—土—钢、砼结构动力相互作用试验对比研究

为了分析不同上部结构-桩-土相互作用规律,分别进行了钢框架结构-桩-土模型和混凝土结构-桩-土模型的振动台试验,并对试验模型进行了相应的有限元数值模拟分析。试验采用三维叠层剪切模型箱,土体为均匀粉质黏土,钢结构和混凝土结构模型为简化的3层框架结构,桩基为3×3根群桩,桩径为10 cm,桩长为200 cm,输入为人工地震动时程,按时间相似比压缩1/5。振动台对比试验结果表明,相同几何尺寸的结构试验模型,混凝土结构的整体刚度大于钢结构,因此振动频率大于钢结构;相同地震作用下,钢框架结构模型加速度反应明显大于混凝土结构,桩身加速度放大系数前者为后者1.15~1.2倍,上部结构可达2倍,钢框架结构模型反应谱的卓越周期更长。有限元数值模拟的结果定性地验证了试验结果的合理性。

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。

饱和土与结构动力相互作用的二维摩擦接触模型

由于孔隙流体的存在,饱和土-结构的动力相互作用相比经典固-固接触的相互作用更加复杂,主要存在两类耦合问题:饱和土中的流-固耦合,以及结构与饱和土间的接触耦合。本文针对饱和土与结构间的动力接触摩擦效应问题,建立了可反映“粘结-滑移-分离”状态的饱和土与结构动力摩擦接触模型。该模型是由一系列“点-线”单元构成的接触界面,并基于摩尔库伦模型及有效应力原理,根据接触判别条件,分别从位移和孔压两方面建立不同接触状态下的接触控制方程,并通过挡土墙与饱和土的相互作用算例验证了该模型的正确性。最后,以大开地铁车站为工程背景,分析了考虑接触模型的饱和土与地下结构的动力响应,以及考虑接触模型的必要性。

基础-结构动力相互作用对500kV变电站地震损伤的影响研究

针对某500 kV变电站抗震加固工程,以基础-结构动力相互作用为研究对象,采用 ABAQUS有限元软件建立了基础-结构动力相互作用分析模型。在此基础上,对该变电站进行了地震作用下的损伤分析。分析结果表明:在不同地震作用下,变电站结构的损伤均会随着结构自振周期的增加而增大;基础-结构动力相互作用对变电站结构的地震损伤具有显著影响;适当增大基础与主体结构之间的距离,可有效减小变电站结构的地震损伤。

考虑基础-结构动力相互作用的500kV变电站地震风险评估方法研究

电力系统是一个复杂的巨系统,具有高度的依赖性和复杂性。一旦发生地震,电力系统的稳定性将受到严重影响。因此,为了保障电力系统的安全稳定运行,需要对电力系统进行地震风险评估。本文以500 kV变电站为例,提出了一种基于蒙特卡洛方法的地震风险评估方法。该方法使用蒙特卡洛模拟技术来分析变电站的地震风险,并根据变电站实际情况对其进行修正和修正。利用该方法,可以分析不同抗震等级和不同抗震措施对地震风险的影响,进而评估其地震风险水平。根据震级、震中距离和场地类型对变电站进行了分级。然后对不同等级的变电站进行了地震风险评估,并通过分析和对比不同等级变电站的地震风险水平来确定最优抗震等级。

考虑基础-结构动力相互作用的500kV变电站地震损伤机理研究

我国西部地区幅员辽阔,地震活动频繁,如何提高西部地区大电网的抗震能力是一个值得关注的问题。本文以500 kV变电站为研究对象,结合 ABAQUS软件建立了考虑基础-结构动力相互作用的500 kV变电站精细化有限元模型,对500 kV变电站在地震作用下的损伤机理进行了研究,重点分析了结构基础和抗震墙对结构损伤的影响,研究了地震作用下结构损伤的分布规律及特征,结果表明:基础和抗震墙对结构的损伤分布有较大影响。本文研究成果可为我国西部地区大电网工程建设中抗震设计提供参考。

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。

土-结构动力相互作用振动台试验时间相似比问题讨论

土-结构动力相互作用振动台试验中,由于结构和土材料性质的不同,无法给出统一的试验相似关系,模型试验结果无法定量地反演到原型,一般只能近似地反映原型结构的动力反应特征。在土-结构振动台试验中,为了将试验结果定性地反映原型地震反应特征,需要考虑土-结构体系的特征尺寸和土体中地震动波长的相对大小,换言之,要考虑输入地震动时程的时间压缩比,文中根据振动台不同土体模型试验结果,依据现有的振动台相似关系,讨论了时间相似比问题。通过凹陷地形的振动台试验和地下结构试验模型的数值分析,验证了文中给出的时间相似比可以定性地反映地震动传播过程中土-结构动力相互作用特征。

土-承台动力相互作用对砂土场地桩基桥梁地震反应的影响

在桩基桥梁的地震反应分析中,桩-土动力相互作用是个重要的问题,而对于采用低桩承台基础的桥梁,承台埋在土面以下,还存在土与承台之间的动力相互作用。目前,地震反应分析中一般不考虑土-承台动力相互作用的影响,相关研究也很少。为此,利用OpenSees有限元分析程序,基于p-y曲线建立了土-结构一体化桩基单墩模型,选择40条实际岩石场地地震记录作为输入,开展了考虑土-承台动力相互作用的桩基桥梁地震反应分析。结果表明,考虑土-承台动力相互作用后,结构的基本周期会减小,墩底曲率会明显增大,桩顶曲率会大幅减小,但墩顶位移的减小可以忽略。

端承桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法

对动力荷载作用下桩‑土相互作用问题,将桩和结构等效为一维杆、土体假定为黏弹性介质,提出了一种桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法。首先,基于连续介质力学方法,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦,根据边界条件推导桩周土体位移和应力的表达式,并结合桩‑土耦合连续性条件推导出均质土体中水平抗力表达式。之后,基于有限元方法将桩和结构采用梁单元离散,进一步通过有限元离散得到土体水平抗力与桩位移之间的动力刚度矩阵,并将其与桩和结构的动力刚度矩阵耦合形成耦合有限元方程,从而建立了结构‑桩‑土体系动力响应的频域子结构模型。最后,通过Abaqus软件中的三维有限元模型对该方法进行了验证;利用提出的模型分析了土体动力刚度、土体阻尼和土体模型等对结构动力响应的影响,并分析了地震动一致和非一致激励对结构地震响应的影响。

铁路列车-轨道-基础结构动力相互作用统一分析Part Ⅰ:动力学模型构造与求解

铁路列车、轨道及基础结构是铁路工程系统的基本研究对象,在动力学层面对三者间相互作用进行统一描述与分析,是开展铁路工程系统动力学研究的前提。视列车、轨道和基础结构为整体系统,以车辆-轨道耦合动力学理论为方法核心,以弹性总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则为建模思路,将三大子系统耦合为动力学统一矩阵方程,建立铁路列车-轨道-基础结构动力相互作用统一分析模型。该模型引入轮轨空间动态耦合方法描述轮轨系统横向饱和蠕滑作用,垂向弹性接触采用Hertz非线性接触理论,且将车轮和钢轨均作弹性梁处理,实现轮轨柔性系统非线性时变耦合;轨道及基础结构采用不同有限单元类型模拟和组装,直接通过单元节点坐标控制单元位置并推算尺寸,实现轨道-基础结构层间多尺度单元的点、面耦合;引入循环计算方法,解决列车在长距离轨道-基础结构上的时变动力学计算问题;为了实现列车-轨道-基础结构系统的高效振动分析,将整体系统分为上部列车-轨道系统和下部基础结构系统,采用多步长-混合积分模式高效求解。研究结果表明:该统一模型能较好地反映轮轨高频振动特性,且能开展多基础结构形式下的列车-轨道-基础结构耦合动力学分析,具有工程可靠性和适用性。

结构-地基动力相互作用问题分析的一种直接方法

本文给出结构-地基动力相互作用分析的一种直接有限元方法,可以依托大型结构分析软件完成结构-地基动力相互作用研究工作.该方法不但可以较好地模拟半无限地基的辐射阻尼,也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能.文中同时给出了一种结构-地基动力相互作用中地震波动输入方法,可以准确模拟任意角度入射的地震行波的输入.数值算例表明本文给出的方法具有较高的精度.

结构-地基动力相互作用体系振动台模型试验研究

本义设计实现了结构－地基动力相互作用体系的振动台试验，通过试验研究了动力相互作用体系的地震动反应的主要规律。由于动力相互作用的影响，软土地基中相互作用体系的频率远小于刚性地基上不考虑结构－地基相互作用的结构频率，而阻尼比则远大于结构材料阻尼比。软土地基对地震动起滤波和隔震作用。由于上部结构的振动反馈，基底地震动与自由场地震动不相同。上部结构柱顶加速度反应主要由基础转动引起的摆动分量组成，平动分量次之，而弹性变形分量很小。桩身应变幅值呈桩顶大、桩尖小的倒三角形分布。桩上接触压力幅值呈桩顶小、桩尖大的三角形分布。试验表明，结构－地基动力相互作用对体系地震反应的影响是很显著的。本试验为验证理论与计算分析的研究成果、改进或提出合理的计算模型和分析方法，提供了丰富的试验数据，为进一步研究奠定了基础。

用ANSYS模拟结构-地基动力相互作用振动台试验的建模方法

本文以结构一地基动力相互作用振动台模型试验为基础，结合通用有限元软件ＡＮＳＹＳ，对结构－地基动力相互作用体系进行有限元计算建模的一些问题作了研究，主要包括柔性土容器的模拟、土体动力本构模型的选用、上体与结构交界面上的状态非线性模拟、网格划分、重力的考虑、结构中钢筋的处理以及对称性的应用等．文中给出了利用上述建模方法对结构－地基动力相互作用体系进行计算的一些加速度时程结果，并与试验结果相对照，吻合较好．通过计算分析，验证了简化处理方法的合理性和计算模型的可行性．

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。

不同土性的地基-结构动力相互作用振动台模型试验对比研究

通过结构-地基动力相互作用(SSI)体系的振动台模型对比试验,研究了不同土性的地基条件对动力相互作用效果和规律的影响。在试验现象方面发现,地基土越软弱,结构沉降和倾斜越大;不同土性条件下结构裂缝形态相似,但土越硬,裂缝出现越早,发展也越严重。在体系动力特性方面发现,SSI体系频率均小于不考虑SSI的结构自振频率,阻尼比大于结构材料阻尼比,但不同土性条件时由于土、基础、结构三者刚度比不同,SSI对动力特性的影响程度和机理存在差异。在地震反应方面发现,土越硬,加速度反应的峰值放大系数越大;加速度反应的主要组成成分和频谱特征是,土较软时以基础转动引起的摆动分量和平动分量为主;土较硬时以结构弹塑性变形分量为主。结果表明在不同地基土性条件下,结构-地基动力相互作用具有相似的规律,但其效果和机理存在差异。

叠层橡胶支座隔震结构地基结构动力相互作用分析

扼要介绍了对一个带有叠层橡胶支座隔震结构的减震台进行不同位置天然地震波的观测 ,根据减震台的结构设置建立了一个地基 结构动力相互作用的计算模型 ,然后输入观测到的天然地震加速度波形 ,计算减震台台面的地震响应 ,并把计算结果与观测结果进行比较分析 ,计算结果与试验结果吻合程度较好·

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。

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。

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。