桩-土-结构体系动力相互作用的试验研究

采用挤扩支盘桩-土-结构体系进行振动台模型试验，以了解在地震动激励下该体系的抗震性能以及支盘桩对结构体系的抗拉、抗压及抗扭曲的作用．在试验的基础上，对该体系的基频、阻尼比、振型、最大位移、结构顶层加速度反应以及破坏特征进行了计算和分析．结果表明，相互作用体系对结构动力特性和结构地震反应均有较大的影响，结构的破坏形式与基础形式、土层性质等因素有关，支盘桩对地震的阻抗性能有了初步的显示．     

可液化土-高层结构地震相互作用振动台试验

进行了可液化土-高层结构地震相互作用的振动台试验,试验采用柔性容器以减小边界影响,采用饱和砂土作为模型土.试验中再现了液化场地土中高层结构的震害现象.得出的主要规律有:相互作用体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线明显不同;随着振动次数的增加,体系的频率降低,阻尼比增大;砂土对地震动可起滤波和隔震作用;当最初加速度峰值到达前,砂土层中的孔压比存在负值;震后土中孔隙水压力不一定随振动的停止而立即开始消散,在短期内可能继续增长;桩身应变幅值呈桩顶大、桩尖小的分布;桩土接触压力幅值分布规律与输入激励地震大小有关.     

地面简谐运动作用下双自由度体系鞭梢效应的影响因素研究

为了更加全面准确地了解双自由度体系鞭梢效应发生的机理及影响因素,针对无阻尼和有阻尼两种情况,以上部结构与下部结构绝对位移的振幅比作为鞭梢效应的表征量,系统研究了外激励频率与上部结构自振频率之比、上部结构与下部结构的质量比和刚度比、结构阻尼比四种参数的影响。结果表明:对于无阻尼体系,鞭梢效应仅与频率比有关,当频率比为1时,振幅比为无穷大;对于有阻尼体系,若结构两阶振型阻尼比相等,随着阻尼比的增大,鞭梢效应减弱,质量比和刚度比不明显影响结构的鞭梢效应;若结构两阶振型阻尼比不相等,当刚度比远大于质量比时,二阶振型阻尼比对鞭梢效应影响更明显;当刚度比小于或等于质量比时,一阶振型阻尼比对鞭梢效应影响更明显。     

建筑群结构-土-结构相互作用的影响参数研究

采用有限元方法,建立一系列土-结构系统的三维模型,研究了地震动激励方向及频谱成分、土层剪切波速及阻尼比、基础形式及埋深、上部结构楼层数等对结构-土-结构相互作用(SSSI)规律的影响.分析结果表明,在垂直于结构物排列方向的地震动激励下,SSSI效应几乎为零;SSSI效应的大小与地震波频谱成分密切相关;剪切波速小、阻尼小、基础埋深浅,则SSSI效应明显;两边结构与目标结构的楼层数相同时,SSSI效应最明显.     

SSDI体系非线性耦合阻尼比研究

通过对土-结构动力相互作用(SSDI)体系简化计算方法的研究,提出改进的考虑基础质量与转动效应的简化计算模型,推导SSDI体系非线性耦合阻尼比计算公式,并通过对公式中每个参数的选取与修正,充分考虑土体与结构的非线性特性、基础形式与基础埋置深度以及基础平动与转动的耦合效应等因素的影响.运用SSDI体系非线性耦合阻尼比公式,对1个实例进行计算.研究结果表明:SSDI体系频率和阻尼比的计算结果与传统方法相比更加接近试验实测结果,且误差为10％～20％,证明了计算公式的有效性,这有助于完善现有抗震设计规范、提出新的抗震设计反应谱.     

软土地基上桩-土-高层结构体系动力特性的振动台试验

为了研究软土地基上桩?土相互作用对高层结构动力特性的影响机理,设计了1：6比例的高层结构?桩?土动力相互作用体系,进行了软土地基上框架结构的模型振动台试验。试验采用层状剪切盒模拟土体的边界,锯末和砂土的混合物作为地基土、以12层钢筋混凝土框架结构模拟上部结构,基础采用3×3群桩基础。通过对比考虑土?结构相互作用（SSI）框架模型和刚性地基框架模型的结构动力特性,总结出本试验中SSI效应对高层框架结构的动力特性影响规律：土体对地震动存在显著的过滤作用,放大土体基频附近的振动,且放大幅度随地震动的加强而减小;小震时土体对加速度峰值起放大作用,而在大震时起减小峰值的作用;考虑SSI效应后,结构的频率降低,阻尼比提高,结构的损伤出现得更晚,发展也更慢。在土体频率处,SSI体系的振型受土体影响显著;在远离土体频率处,SSI体系振型与刚性地基一致。     

土-结构动力相互作用的振型分解法

采用振型分解法对土-结构相互作用体系进行分析．基于上部结构具有经典正交振型的假设，对控制方程进行解耦，使之成为单自由度体系，直接运用振型叠加法求解．本文方法在求解土-结构相互作用问题时与基础固定时的动力响应频域分析方法一致，只需要调整地震动输入，就可得到问题的解答．数值计算表明，本文方法的计算值与试验值吻合较好．     

土-筏基钢框架结构动力相互作用试验研究

为了解土-结构动力相互作用,分别在土槽和刚性地基上进行大比例筏板基础-钢框架顶层低频激振,通过改变上部结构刚度而进行了4个工况的试验对比,对采集的信号进行频谱分析和时域分析,得到不同工况下刚框架频率和动力反应,发现土体对结构频率与动力反应的关系呈现出一定的规律,这种规律主要是由上部结构的刚度变化引起的.土槽中的结构比刚性地基结构自振频率有所折减,随着上部结构刚度的增加土槽中的结构自振频率折减增多,试验最大值可达21.63%.结构各层柱的最大剪力、各楼层加速度峰值及位移峰值有明显的变化规律,加速度折减可达30%以上.     

风和地震作用下高层建筑土-结构作用比较

根据考虑上部结构荷载相关性的近似频域方法，详细分析了各类参数（如上部结构刚度、结构阻尼、土体刚度、土体阻尼等）对土-结构相互作用效应的影响．此外，探究了在风荷载和地震作用下，土-结构作用效应对上部结构响应影响的异同．数值算例给出了带有群桩基础的实际高层结构的风、地震作用下的土-结构作用响应的比较．比较结果说明，风、地震作用下高层建筑土-结构作用效应对上部结构响应的影响规律可能是不一致的，而这主要与风、地震作用于土体结构耦合系统的位置以及风、地震作用的卓越频率有关．     

结构-土-结构体系动力特性的模型实验

为研究邻近结构对土-结构体系动力特性的影响,基于弹性相似律,制作了框架结构在刚性基础(RF)、单一结构土-结构相互作用(SSI)和结构-土-结构相互作用(SSSI)的缩尺模型.采用脉冲激励方法识别出三个模型的频率、模态和阻尼比,并与原型有限元计算结果相比较.实验和数值计算结果表明:相应于SSI体系的模态,SSSI体系的模态成对出现,两阶模态的频率接近而相位相反,且SSI体系相应模态的频率位于这两阶频率之间;由于相邻结构的影响,SSSI体系基础的竖向位移和倾覆转角进一步加强.     

考虑土-桩筏基础-结构的共同作用的层间隔震结构地震响应

层间隔震结构是一种新型隔震体系,近年来其隔震性能受到各国学者关注.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-桩筏基础-上部结构的共同作用(soil-structure interaction,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、不同桩长,探讨各因素对考虑SSI的层间隔震结构的影响规律.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;深桩基础相比浅桩基础的周期小、基底剪力、顶点位移、各层位移均增大.     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

埋地管线轴向振动特性的行波方法分析

考虑管-土及管-液间的相互作用,建立了埋地管线轴向振动的行波分析模型.由实验验证了行波方法的有效性,由数值算例研究了泊松耦合、连接耦合及土质条件对埋地管线振动特性的影响.算例结果表明,泊松耦合作用使系统在低频处出现了较多共振峰,忽略流体作用或仅将其视为固体填充物不能反映系统的该振动特性,系统频率的降低增大了系统在低频荷载作用下的危险性;由于流体边界的改变,连接耦合使系统各阶固有频率降低;随土体剪切刚度的增加,系统固有频率增大;土体阻尼可使系统振幅降低,但对系统频率影响不大.     

隔震结构等代体系动力响应的小参数逼近解法

采用侧推法将一般多自由度隔震结构等效代换为双自由度振动体系 .建立了振动体系动力特性的小参数近似解 ,提出了比例及非比例阻尼模型的隔震等代体系动力响应解答形式 ,并用数值算例试算了隔震刚度比对动力特性小参数解答精度的影响     

黄土场地中桩—土动力相互作用机理及地震响应规律研究

为研究黄土地区桩-土相互作用机理及其对结构地震响应规律的影响,根据黄土非线性动力本构关系,构建可考虑桩-土界面滑移、分离和碰撞的简化理论模型,推导出理论模型中各特征指标的计算公式。结合桩-土动力相互作用基本原理,推导建立了桩-土-结构动力体系运动方程,对考虑桩-土相互作用和不考虑桩-土相互作用的黄土场地独柱式桥墩进行了地震响应分析。结果表明:桩-土相互作用力学模型正确与否是准确分析结构动力响应的关键;桩-土相互作用能够降低结构自振周期,改变结构动力特征,使得结构对低频地震波具有更高的敏感性,从而影响结构动力响应规律;桩-土相互作用也降低了结构抗侧移刚度,从而导致结构发生较大的位移响应,但同时也增强了结构的抗震消能能力。     

轨道交通隧道基底刚度对共建结构的振动影响分析

为了探明建筑物与轨道交通隧道共建时隧道基底刚度对系统振动的影响,建立列车-轨道-隧道-土层-建筑物系统耦合振动模型,列车-轨道动力学模型和隧道-土层-建筑物有限元模型通过扣件力进行参数传递,对隧道基底土层加固为不同刚度时隧道结构以及建筑物结构振动位移、速度、加速度响应进行了时程分析、频谱分析和振级分析等.结果表明:隧道基底刚度越大,其下沉位移越小,隧道结构振动速度突变越大且振动速度的周期性越不明显,但振动位移的振幅变化与隧道基底刚度没有严格的相关性;隧道基底刚度对隧道振动加速度影响的主要频率为1~5Hz的低频部分;隧道基底刚度对于建筑物结构振动有较大影响,主要集中于低频范围,影响幅度可达10dB.     

土-结构动力相互作用对橡胶支座隔震结构的影响

采用子结构法,建立了频域内土-结构动力相互作用下的橡胶支座隔震结构的分析模型及相应的运动方程,通过数值仿真2个具有埋置刚性基础的剪切型基础隔震结构的地震反应,并选用多种地基土,较为系统地分析计算了不同地基土参数组合下结构的隔震效果和地震响应.结果表明,设置橡胶支座隔震层可以削弱土-结构动力相互作用对结构动力特性的影响,减小结构相对于场地运动的楼层位移和基底位移.同时,土-结构动力相互作用使橡胶支座隔震效果有所降低,且影响程度与上部结构刚度成正比,与地基土刚度成反比.     

上海广播电视塔桩基承台水平地震反应分析

分析了在桩尖处地震动输入下上海广播电视塔－群桩－土相互作用体系的桩承台水平地震反应问题。对群桩－地基土相互作用分析，采用了较为简便而实用的三维波动方程解的半解析方法的结果。在分析桩－土－承台体系的动力特性时，将承台以上的结构简化成一个动力等效的单自由度体系。最后给出了承台水平地震反应的时程曲线，作为上部结构地震反应分析时的有效地震输入。