考虑SSI效应的带地下室RC框架结构抗震性能研究

土-结构相互作用效应(Soil-Structure Interaction,SSI)是带地下室钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)框架结构抗震性能分析的重要因素。基于模态和动力时程分析,通过有限元分析软件系统探究了地下室顶板嵌固、基础顶面嵌固和考虑SSI效应地下室周围土体嵌固等3种不同嵌固方式的RC框架结构抗震性能。结果表明:考虑SSI效应带地下室RC框架结构的自振周期明显延长,其中心柱剪力、各层加速度和层间位移角均有所减小;基础顶面嵌固模型未考虑SSI效应,其计算结果较为保守;SSI效应对带地下室RC框架结构会产生较大的减震影响。

考虑SSI效应的升降作业平台惯容减振优化设计

升降作业平台在野外工地、河滩等环境中高空作业时,其支腿底盘的明置基础与软土地基会发生动力相互作用,从而改变作业平台系统的动力特性。提出了考虑土与结构相互作用效应下的含3种不同惯容减振系统(SIS,SPIS-1,SPIS-2)的升降作业平台动力学模型,推导了作业平台在简谐激励下的振幅放大因子以及在随机激励下的响应均方值的解析表达式。利用遗传算法分别求解了位于中硬土、中软土以及软弱土3种地基表面的作业平台在H_(∞)和H_(2)优化准则下,惯容减振系统的最优设计刚度比和阻尼比。对最优状态下的各减振系统进行减振效果分析,结果表明:SPIS-2减振系统效果最佳,不仅最大程度地抑制了升降作业平台的共振效应,而且更有效地拓宽频带范围;SSI效应可以降低简谐激励下作业平台的位移振幅放大因子和随机激励下作业平台绝对位移的均方值;SSI效应对简谐激励和随机激励下惯容减振系统的最优设计参数影响很小,因此针对3种惯容减振系统位于不同地基表面下的最优设计参数拟合出经验公式,为升降作业平台的研发和减振设计奠定了理论基础。

考虑SSI效应的层间隔震与基础隔震结构地震响应对比分析

为探究不同地基上的层间隔震和基础隔震结构在考虑SSI效应后的地震响应差异,选取一个适合采用隔震技术的规则结构,以5层缩尺的规则结构模型进行振动台试验,探究结构在刚性地基、硬土(vs=300m/s)与软土(vs=80m/s)地基上结构动力特性与地震响应。结果表明:对于模型,考虑SSI效应时基础隔震结构隔震效果优于层间隔震结构;土性地基上层间隔震结构和基础隔震结构自振周期较刚性地基上延长;地基土体对地震波存在明显的放大作用和滤波效应,软土地基能明显增强地震波中的低频成份、过滤高频成份;对比分析揭示了土性地基上隔震结构,层间隔震体系下部结构的位移响应在考虑SSI效应时显著放大,在工程应用中应予以着重考虑。

SSI效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响分析

本文以一单跨7层框架结构为研究对象,对不同场地和地震波输入条件下的粘弹性阻尼结构进行了二维有限元时程分析,探讨了SSI(土-结构动力相互作用)效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响。分析结果表明:①在硬土和稍硬土地基条件下,SSI效应明显降低了结构的楼层位移峰值,若在抗震设计中对客观存在的SSI效应加以考虑,设置较少数量的阻尼器(与刚性地基假定条件下确定的阻尼器数量相比)就能使结构的实际地震位移反应满足基于刚性地基假定的地震位移控制目标;②粘弹性阻尼结构的减震效果与场地条件、输入地震动特性密切相关;③与刚性地基相比,SSI效应使粘弹性阻尼结构的减震效果明显降低,且地基越软,降低幅度越大。因此,在实际的工程设计中,应当充分考虑SSI效应,对粘弹性阻尼结构的减震控制效果进行合理的评价,并针对不同的场地条件选用合适的阻尼器类型和性能参数,才有可能达到预期的减震控制效果。

动水压力影响下考虑SSI效应的桥墩结构地震响应分析

基于Morison方程法,采用附加质量考虑动水压力的影响,利用ABAQUS软件计算平台建立了动水压力作用下刚性地基桥墩和考虑SSI效应的桥墩结构,对动水压力作用下考虑和不考虑SSI效应时桥墩的地震响应进行了比较,分析了考虑SSI效应的桥墩的地震响应随水深的变化规律。结果表明:动水压力作用会增大桥墩的地震响应,其受桥墩入水深度的影响;当考虑SSI效应后,动水压力作用对桥墩自振频率折减和地震响应增大作用有所降低,但仍不能忽视动水压力作用。

软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数研究

依据建筑抗震设计规范反应谱曲线,同时考虑SSI效应对隔震结构及非隔震结构水平地震作用的影响,建立了软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数的简化算法。在此基础上给出了软弱场地上考虑SSI效应的隔震结构计算流程,深入研究了考虑SSI效应的隔震结构水平向减震系数在不同影响参数下的变化规律。通过参数研究发现:软弱场地条件下多层隔震结构考虑SSI效应的的水平向减震系数随波速参数、周期比和高宽比的增大而增大,相应的隔震效果越差;而软弱场地条件下高层隔震结构在达到一定的周期比时,考虑SSI效应的水平向减震系数随波速参数的增大而增大,但增幅较小,考虑SSI效应的水平向减震系数随高宽比的增大而减小。研究表明:软弱场地条件下隔震结构经过合理的设计,水平向减震系数可达到预期值,隔震结构能取得较理想的隔震效果。

考虑SSI效应的TMD减震特性振动台模型试验

设计并完成了考虑土与结构相互作用的 TMD减震控制振动台模型试验。通过试验 ,分析了刚性地基和柔性地基上 TMD对主体结构的减震效应 ,探讨了 SSI效应对结构减震控制的影响。在此基础上 ,将柔性地基上结构— TMD体系中主体结构地震反应看作是 SSI效应、TMD减震效应以及 SSI和 TMD的耦合效应三部分共同作用结果 ,分析了不同工况下三种效应对主体结构地震反应的影响大小。试验结果表明 :SSI效应对 TMD的减震性能有很大影响 ,这使得基于刚性地基假设设计的 TMD系统在柔性地基上的减震效果不理想 ,甚至在某些时候可能产生负面效果。对刚性地基和柔性地基上影响 TMD减震性能的一些因素进行了探讨。

考虑SSI效应的输电塔-线体系风振响应简化分析

输电塔的分析设计通常按基础固支来处理,然而多数情况下地基并不是刚性的.为了考虑弹性地基对输电塔风振响应的影响,建立了考虑土与结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)的输电塔-线体系简化计算模型,并推导了风振响应动力方程.基于提出的简化计算模型,选取工程中某特高压输电塔-线体系,编写MATLAB程序进行了结构系统的动力特性分析和风振响应时程分析,并选取了3种不同参数的地基土对输电塔的风振响应进行了对比分析.研究结果表明:考虑SSI效应后,单塔的位移均方根值增大约20%,加速度均方根值减小约14%,基底剪力及基底弯矩最大值分别减小约7%、12%;考虑塔线耦联和SSI效应后,与仅考虑SSI效应的单塔相比,输电塔的位移响应有所增大,但加速度响应变化很小;随着地基土刚度减小,SSI效应的影响越明显,表明软土地基下输电塔的风振响应分析不能忽略SSI效应.

行波激励下大跨度桥梁考虑SSI效应的地震响应分析

为了研究行波效应和SSI效应对大跨度钢筋混凝土刚构—连续梁组合桥非线性地震响应的影响规律,选取ElCentro地震波、唐山地震北京波,分析了某六跨钢筋混凝土刚构—连续梁组合桥在一致激励和行波激励下的非线性地震响应,研究了行波效应和SSI效应对该刚构—连续梁组合桥地震响应的影响规律。结果表明,行波效应增大了箱梁的受力,箱梁应力峰值随视波速增大单调递减;行波效应使墩梁固结桥墩的受力和变形呈非单调变化规律,地震响应峰值随视波速增大而先减小后增加;SSI效应增大了桥梁结构地震响应,其峰值随剪切波速增大单调递减;同时考虑行波效应和SSI效应,地震响应峰值随视波速变化曲线的拐点位置和切线斜率均发生改变,其地震响应幅值不是两种效应影响下的简单叠加;行波效应和SSI效应对桥梁地震响应的影响程度随地震波和墩梁约束条件的不同而有所差异。

SSI 效应对人工塑性铰抗震性能影响的研究

将某一实际的６层框架结构简化为由变截面梁单元组成的平面杆系结构，并考虑结构材料的非线性特性，将地基土视为粘弹性介质，详细研究了地基土—上部结构相互作用（ＳＳＩ）效应对人工塑性铰（ＡＰＨ）抗震性能的影响。将这样真实的ＳＳＩ体系做被动抗震控制分析尚属首次。本文的结论对上部结构抗震控制措施的设计具有一定的理论指导意义。

某核电结构考虑场地及SSI效应地震输入分析

如何确定结构地震输入一直是工程界关注的热点、难点问题。尤其对重大安全工程,如核电结构。综述了3种确定地震输入方法(直接选波输入、自由场地震输入、SSI地震输入)。以某典型核电结构为分析对象,对比了3种地震输入特点以及场地效应对不同分析模型地震输入影响。分析表明,地震输入考虑场地效应及SSI效应后,在场地特征周期、SSI体系主周期点位置(附近)产生放大作用,场地剪切波速越小,效应越明显,此特征有助工程人员辨识地震反应危险点,具有较强工程指导意义。

考虑SSI效应的山地掉层框架-摇摆墙结构的地震反应特性分析

掉层框架结构存在严重的侧向刚度不规则和楼层承载力突变以及上接地层变形集中的问题,为改善山地掉层框架结构的层屈服破坏模式,该文对其附加底部铰接的摇摆墙,以期控制结构的屈服机制,以山地掉层框架-摇摆墙结构体系为研究对象,探讨SSI(Soil Structure Interaction)效应对山地掉层框架-摇摆墙结构抗震性能的影响规律。结果表明,不同地基条件以及不同摇摆墙刚度比的掉层框架-摇摆墙结构的动力响应特性不同,SSI效应对结构的上接地侧接地层及其上层的影响最大,加重了山地掉层框架结构因竖向刚度不均所导致的上接地层的层屈服机制。设置摇摆墙结构在考虑SSI效应时仍发挥优良的控制上接地侧变形均匀化的效果,SSI效应随摇摆墙布置位置和摇摆墙刚度比的变化而变化。SSI效应会改变掉层框架结构的滞回耗能模式,布置摇摆墙后,考虑SSI效应的山地掉层框架-摇摆墙结构薄弱层的滞回耗能减小,各层滞回耗能更加均匀,体现了摇摆墙控制整体变形的能力。

不同土性地基考虑SSI效应的隔震结构地震响应分析

为探究不同土性地基的SSI效应对层间隔震结构影响机理与动力响应规律,选取一个典型层间隔震结构,对其简化并制作缩尺模型,采用振动台试验的方法,分别在硬土、软土这两种地基上单向输入4条地震波来研究模型的动力响应。结果表明:土体具有明显的放大效应,随着地基土由硬变软,隔震结构周期延长倍数降低。隔震结构在硬土地基上能发挥较好的减震效果,而软土地基上减震效果明显减弱。软土地基上塔楼的动力响应较硬土地基增大,塔楼容易成为薄弱部位,其抗震设计应重点关注。

考虑SSI效应的带隔板渡槽动力特性及其地震响应

研究了考虑土与结构相互作用(SSI)效应的带隔板矩形渡槽动力特性及其地震响应。利用特征函数展开法得到渡槽和槽内流体以时间为变量的耦合运动微分方程。采用复多项式分式对弹性半空间上明置条形基础的阻抗函数进行最小二乘拟合,建立与频率无关的土体集总参数模型。最后使用子结构法得到土体-渡槽-流体耦合体系的运动控制方程,基于Newmark-β法求解体系的动力响应,与ADINA结果进行了对比验证。分析了土剪切波速、充液量、隔板尺寸及位置等参数对整个体系地震响应的影响,研究表明:SSI效应对槽内流体晃动特性和动力响应的影响不可忽视。

考虑SSI效应的基础隔震结构隔震性能参数分析

目前规范中关于隔震结构的分析及设计均采用刚性地基假定,忽略地基土刚度的影响。基于此,本文以软土场地上的LRB(Lead Rubber Bearing)基础隔震结构为研究对象,首先提出了同时考虑地基动力响应的频率相关性与隔震层非线性的土与基础隔震结构系统简化模型。其次,利用反应谱分析的方法,揭示了屈重比、结构-地基刚度比、高宽比以及上部结构周期等参数对于系统水平向减震系数的影响规律。研究表明:软土地基上隔震结构存在最优屈重比,其值随上部结构周期增加而减小;地基土越软,隔震层的有效隔震效率越低;在软土地基上,对于周期较短的建筑能够达到更高的隔震目标,周期较长的建筑难以达到较高的隔震目标;地基土刚度对高宽比较小的结构影响较大。

考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震框架结构体系的简化分析

首先在频域中建立了考虑SSI效应的黏弹性阻尼器减震结构的动力平衡方程,通过模态应变能法计算出上部结构的振型频率与振型阻尼比,忽略阻尼器对结构振型的影响,并基于上部结构振型正交性假设对控制方程进行解耦,将原SSI减震结构体系等效为固定基础上的串联质点系模型,采用经典的振型分解法求解结构体系的地震反应。通过数值算例验证了简化方法的可靠性并研究了黏弹性阻尼器性能受SSI效应的影响。结果表明:当结构自由度较多时,采用本文简化方法在保证计算精度的同时可以很大程度地提高计算效率;当考虑SSI效应后,黏弹性阻尼器对结构的控制效果与固定基础相比有所不同。本文提出的简化分析方法可快速地分析建立在软土地基上的黏弹性消能减震结构地震反应。

考虑SSI效应的层间隔震等效简化方法研究

通过离散弹簧模型模拟层间隔震结构的土-结构相互作用(SSI效应),建立了层间隔震结构考虑SSI效应的简化4自由度体系(4-DOF)的结构动力方程,推导了由4自由度体系(4-DOF)向等效2自由度体系(2-DOF)的等效方程。基于等效2-DOF简化计算模型,给出了考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应预测的计算流程,并通过一个算例对两种简化模型进行了对比验证分析。结果表明:对层间隔震结构进行考虑SSI效应的地震响应预测分析时,基于等效2-DOF的简化计算模型可替代常用的4-DOF模型,方法简单有效且精度符合要求。

考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应研究

层间隔震结构是从基础隔震结构发展而来的一种新型隔震体系,近年来成为防灾减灾领域的研究热点之一。本文采用有限元软件ABAQUS建立了层间隔震结构三维整体空间模型,考虑地基土-基础-上部结构的共同作用(SSI),进行地震作用下的非线性动力响应分析。研究了考虑SSI前后的层间隔震结构体系振动特性及动力响应,通过改变基础底部不同土层性质、不同基础埋置深度对比分析,探讨各参数的影响规律。结果表明:不考虑SSI的层间隔震结构基底剪力、各层位移明显大于考虑SSI的情况;基底采用硬土层时的基底剪力、各层位移大于采用软土层时的情况;埋置较深的基础相比埋置较浅基础的基底剪力、各层位移均增大。

考虑SSI效应的设圈梁构造柱农村民居振动台试验研究

设圈梁构造柱是提高农村民居整体抗震性能的重要措施之一。文章以设圈梁构造柱的砌体结构形式农村民居为对象开展了考虑土-结构相互作用(SSI)的振动台试验,试验的结构模型采用1/4缩尺比例制作,并放置在地基土模型之上。地震波选取为1条天然地震波和2条人工地震波,输入的地震波幅值分别为0.1g(7度)、0.2g(8度)0.4g(9度)。试验结果表明:0.4g(9度)地震作用下,结构模型仅纵墙的门窗洞口四角出现细微裂缝,破坏状态为基本完好,说明设圈梁构造柱的农村民居抗震性能良好;随着地震作用增大,结构模型的加速度放大系数呈逐渐减小的趋势,层间位移反应呈缓慢增大的趋势;当地震作用较大的时候,应适当考虑SSI效应对土层到结构加速度传递系数具有一定程度降低的影响。

考虑SSI效应的层间隔震结构在三维地震下的响应研究

为探讨三维地震下层间隔震结构考虑土-结构相互作用(SSI效应)时的地震响应,建立了考虑SSI效应的层间隔震结构模型,分别输入一维、二维、三维地震动,比较层间隔震结构在不同维度地震波输入工况下的地震响应。针对三维地震动输入下隔震支座拉压应力超限问题,添加三维隔震装置,并与传统水平隔震结构地震响应结果进行对比分析。结果表明:三维地震动输入下的结构地震响应大于一维和二维;加入三维隔震支座后,竖向地震动被有效隔离,结构地震响应减小,优化了支座受力,支座拉压破坏问题得以解决,地基土体应力小于设置传统水平隔震支座下的土体应力,对地基和基础设计有利。