大型地下结构三维地震响应特点研究

采用阻尼影响抽取法分析了地下结构无限围岩介质的动刚度特性，建立了岩石地下结构抗震分析的实用相互作用分析时域模型，比较研究了地下结构—围岩动力相互作用分析中地震动输入机制、无限围岩动刚度及结构特性等各种主要因素对地下结构地震响应的影响程度．指出几种常用地下结构地震响应近似分析方法只在一定条件下适用，无限介质的阻尼特性对结构响应起着重要的作用．     

考虑桩土动力相互作用时群桩阻抗函数的分析

桩与土体的动力相互作用不仅改变了桩基的承载力，也影响了上部结构对动荷载的响应，因此在进行上部结构的动力响应分析时必须考虑桩土动力相互作用的影响。对这种动力相互作用效应研究的基础是确定桩土系统的阻抗函数，文章对考虑桩土系统动力相互作用时群桩的阻抗函数进行了细致的分析，明确了影响桩土系统动力相互作用阻抗函数的各种主要参数，为进一步研究桩土结构相互作用打下基础。     

桩-土-结构相互作用研究综述及展望

鉴于桩-土-结构相互作用对结构物的动力特性及地震响应的影响,对国内外桩-土-结构相互作用研究历史和现状进行了总结。介绍了国内外桩-土-结构相互作用的四大类研究方法:震害调查、数值方法、理论分析方法和试验方法,并分析了各优缺点及存在的主要问题。最后指出接触面本构模型的完善、计算方法的改进、数值分析与试验相结合、震害调查和原型观测资料的收集、空间分析模型研究是桩-土-结构相互作用问题研究的发展方向。     

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。     

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-箱形基础-结构动力相互作用的模态试验分析

进行了野外大比例(1：2)土-箱形基础-框架结构动力相互作用模型的试验研究．在假定环境激励是有限带宽白噪声的前提下，用NEXT法测试并分析了该7层框架结构模型脉动响应信号及其动力特性．借助在Matlab环境下编制的程序计算各点响应的功率谱，得到了模型前5阶自振频率．通过现场实测值与底部固结假定下结构三维有限元计算理论值的比较发现，考虑土-结构动力相互作用(SSI)时的自振频率比不考虑土-结构动力相互作用时结柏第一阶自振频率最大降低8．5％．     

单舱地下综合管廊地震动力响应振动台模型试验研究

采用振动台模型试验方法,对EL-Centro地震波作用下单舱地下综合管廊结构动力响应、土体动力响应以及土-结构相互作用机理开展研究。模型试验依托某实际工程为原型,按照1:15的比例尺缩,设计振动台模型试验,输入不同峰值加速度地震波,以此获得管廊结构以及周边土体的动力响应规律。试验结果表明:土体与管廊结构在振动过程中相互制约,存在明显的土-结构相互作用,在强震作用下管廊侧壁和土体出现脱离的情况,单舱管廊结构的运动始终保持了较好的整体性;管廊周边土体由于受到管廊侧壁的约束作用,土体发生不均匀位移或相对位移,动土压力分布形式错综复杂,土拱效应明显;在横向一致地震作用下,管廊结构横向应变随着地震波输入峰值加速度的增强而增大,其中管廊结构中部截面变形最为明显,各截面角点处的变形位移最大,是管廊抗震设计中需要重视的关键部位。     

大比例框架模型的桩土接触状态非线性分析

本文基于土一结构动力相互作用现场模型试验，以桩基剪切型结构为例，运用通用有限元软件MARC建立三维有限元模型、进行了计算机仿真分析，主要包括网格划分、土与结构界面接触的非线性模拟、边界的处理等。利用上述建模方法对土-结构动力体系进行计算，研究相互作用对建筑物基本周期的影响效应，并与试验结果相对照，通过试验手段验证对各种简化处理方法的适用性。     

土-结构相互作用下单层柱面网壳振动台试验及数值分析

基于设计长度×宽度×高度为7.7 m×3.2 m×1.2 m的模型箱,以长度×跨度为1.8 m×1.8 m的单层柱面网壳为研究对象,设计实现土-独立基础-单层柱面网壳结构振动台试验,研究不同地震波输入下土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的规律,同时采用整体有限元法建立振动台试验的有限元模型,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:考虑土-结构相互作用时,土-独立基础-单层柱面网壳结构体系的试验结果与模拟结果变化规律基本一致,土-结构相互作用下基础底部的加速度峰值响应较自由场加速度峰值响应增大;土体与基础之间滑移和提离现象及模型箱的刚度是影响试验结果与模拟结果差距的主要因素,尤其是随着振动次数增多,土体与基础之间的非线性接触更加显著;地震波频谱特性是影响土-独立基础-单层柱面网壳结构体系地震响应的重要因素,在试验设计时应当尽量避开结构体系与地震波主频一致而发生共振现象,否则造成试验结果失真。     

土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥地震响应的影响

为研究土-桩-结构相互作用对独塔自锚式悬索桥动力特性及地震响应的影响规律,利用有限元软件Midas/Civil建立了2个空间有限元成桥状态模型,分别采用J.Penzien集中质量模型模拟的桩土边界和承台底部固结边界,并对结构进行了动力特性分析和不同地震工况下的非线性时程分析.研究结果表明,土-桩-结构相互作用延长了结构自振周期,且对主塔参与的振型影响很大.与基础固结模型相比,考虑土-桩-结构相互作用的结构在地震作用下的内力响应减小20%左右,而桥塔位移响应增大约50%,主梁位移响应增大约3%.因此,此类结构抗震设计时需基于不同控制目标选择不同的基础处理方式.     

黄土地区地上两层地铁车站抗震性能振动台试验

为研究黄土地区地下一层地上两层地铁车站结构的抗震性能,进行包括地上、地下结构及周围土层的振动台试验研究.在简要介绍模型设计和试验工况的基础上,重点根据试验中各传感器所记录的数据,对模型土箱的边界效应、模型地基与模型结构的动力反应、土与结构的相互作用等进行分析探讨.试验结果表明:地下一层地上两层地铁车站模型结构地上部分受输入地震动峰值加速度影响较大,地上部分的最终破坏模式是整体侧向倒塌;车站模型结构地下部分受地下结构周围土层影响较大,土层位移不大时地下结构无明显破坏;地上地下结构交接处的破坏最为严重.模型车站结构的存在对土体动力反应的影响较小,并随输入地震动峰值的增大而减弱.     

考虑液化场地效应的地下结构侧向变形研究

针对液化场地侧向变形对地下结构的作用效应,建立土-地下结构体系的简化力学模型。考虑地下结构的非线性变形效应,地下结构弯曲变形效应采用三折线模型,土-地下结构的相互作用采用理想弹塑性模型,由此得出液化场地中地下结构侧向变形的解析解,并通过规范提出的反应位移法对解析解进行验证,证明了解析解的可靠性和有效性。结果表明：当Ug较小时,解析解与反应位移法计算得出的结果吻合程度较好;当Ug较大时,解析解与反应位移法结果沿深度的变化趋势一致,但解析解大于反应位移法的计算结果。不同上覆土层厚度对地下结构的影响不同,地下结构的弯矩在液化层与非液化层的交界面附近达到最大,并且其位置随着上覆层厚度的增加逐渐下移。     

地下结构对场地和地表建筑地震响应影响分析

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明:由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.     

较硬分层土-桩基-结构相互作用体系振动台试验

进行了较硬分层土-桩基-框架结构相互作用体系的振动台试验，再现了上部结构和基础的震害现象．得出的主要规律有：体系频率小于不考虑相互作用的结构频率，而阻尼比则大于结构材料阻尼比；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．土层传递振动的作用与土层性质、激励大小等因素有关．砂土层一般起放大作用，粘质粉土层一般起减震作用．结构顶层加速度反应组成取决于基础转动刚度、平动刚度和上部结构刚度的相对大小．多向激励下的动力反应规律没有明显差别．     

地基中结构物动力响应的一维解析方法

提出了一种用于浅埋式地下结构物抗震设计的简化方法。采用任意侧向位移下地震土压力理论 ,推得在土 -结构相对位移较小的情况下 ,结构物所受的土作用力与它们的相对位移近似成线性关系 ,并提出了确定解析解中需要的地基结构动力相互作用系数的方法。在将土体和结构物均简化为只发生水平位移的粘弹性剪切梁及地震输入为竖直向上传播的剪切波等假设条件下提出了一种分析水平地基中结构物在地震荷载作用下的响应的一维解析方法 ,并用该方法对地震时结构物的位移和土压力及其变化过程进行了计算分析     

成层地基中不同土层分布对地下结构的抗震影响

为了研究清楚成层地基中由于不同土层的分布而引起地下结构的地震响应,借助FLAC3D有限差分分析软件,通过设置土体的Hardin/Drnevich阻尼,合理地描述土体在动力作用下的滞回曲线和滞回圈,从而建立不同地质条件下的分析模型,分析地下结构在不同地基中的地震反应。结果表明,当结构处在软弱土层时,其在水平地震作用下的反应明显大于结构位于其他土层情况下的地震反应。当结构处在硬土层,或有较好的持力层,并有隔层软弱层的地层时,结构在地震作用下相对较安全。工程设计中可以通过合理地选择地下结构所处土层位置,避免未来可能地震引起的不良影响。     

装配式地下综合管廊抗震性能影响因素分析

地震作为影响城市地下构筑物安全的关键因素,研究地下综合管廊的抗震性能,提前采取抗震减灾措施,对提高当前地下综合管廊抵抗地震的性能具有重要的意义。通过采用线弹性单元简化管廊模型,对不同回填土体、管廊连接节点刚度及地震波方向等因素作用下管廊的地震响应进行研究,研究结果表明：(1)管廊周边回填土体对管廊的地震响应性能影响较大,且管廊两侧及顶部的土体基床系数对管廊地震响应不一致;(2)管廊节点刚度对结构地震响应影响较小,为确保节点处抗渗性能,建议采用柔性材料以承受管廊节点处位移。结合对不同因素对管廊地震响应的影响,提出了管廊结构的抗震减灾措施,为今后综合管廊抗震设计提供一定的参考。     

城市地下管廊结构地震动力响应分析

地震安全问题是城市地下管廊设计中不得不考虑的部分.先使用反应位移法计算地震时管廊结构的内力,得出管廊薄弱部位.接着使用动力时程方法分析管廊的地震响应,建立土体与结构数值模型,在模型底部输入水平地震作用.采用土-结构界面接触单元,重点考虑土与结构之间的相互作用,得出结构与土之间的分离与滑移情况以及管廊在水平地震作用下的位移变形和应力分布.结果发现:地下管廊标准段结构在水平地震作用下发生明显的侧向位移,容易发生弯剪破坏,而水平方向未发生明显位移;管廊结构地震破坏时的薄弱环节在顶板、底板与侧墙的连接部位以及中隔墙的墙端,在抗震设计中需采取加固措施.     

扩径桩抗压抗拔性能的颗粒流数值模拟

在地下水位以下较深的地下工程中,常采用扩径桩来承担结构今后受到的浮力．为了研究承担竖向受压荷载对抗拔桩今后承担上拔荷载的承载力的影响需要开展研究．采用二维颗粒流分析程序PFC2D对载荷试验中同一扩径桩先受压后抗拔进行了数值模拟分析．通过研究扩径桩在单纯承担上拔荷载和先受压、后受拔的过程中不同受荷阶段桩时步．位移曲线、桩土颗粒排列变化、颗粒位移的变化及荷载～沉降（上拔量）的对比分析,得出桩在下压和上拔到达极限荷载时的破坏性状,并与现场试验结果进行了对比．对先承担竖向受压然后抗拔的桩,与直接承担上拔的桩相比较,得知桩下压过程中桩周土体结构的破坏对桩随后的抗拔承载力有较大的影响．     

远场地震动作用下地铁车站结构动力响应分析

基于ABAQUS有限元软件,针对深软场地条件,建立了土-结构动力相互作用模型。利用Python二次开发程序实现了黏弹性边界的自动施加。考虑远场大震波及人工波的不同频谱特性,对典型两层三跨地铁车站结构动力响应进行了研究。结果表明:车站结构动力响应受输入地震动的峰值加速度及频谱特性影响明显,结构在不同地震波作用下关键部位的内力及位移变化趋势一致。大震远场波作用下和人工波作用下的车站相对位移曲线形状有差异。对于典型的框架式地下车站而言,中柱的内力反应最大,为最不利受力构件,设计时应重点考虑。深软场地对地震波具有低频放大、高频滤波的效果,远场大震波中的低频含量丰富;与人工波作用相比,车站关键位置地震动峰值加速度(PGA)增大明显。