大型立式石油储罐考虑桩土作用地震响应分析

目的研究大型立式石油储罐-桩-土体系的动力响应,对比桩土间相互作用对上部储罐结构的影响.方法利用有限元软件ADINA建立桩-土-储罐三维整体模型,输入包含长周期在内的7条基岩地震波进行地震响应分析.结果考虑桩土相互作用后,基底剪力、基底弯矩、动液压力、罐壁有效应力均减小,但波高有所放大,且罐壁轴向应力增大明显,最大为刚性地基时的3.71倍;考虑桩土效应后,长周期地震动下储液罐的晃动波高、基底剪力、基底弯矩等动力响应均大于普通地震动作用下的结果,其中波高增大较大,最大为7.46倍;低储液量(25%)时,动力响应有所区别,表现为考虑桩土相互作用后,基底弯矩增大,储罐底板发生翘起.结论建议储罐的抗震设计中应考虑桩土相互作用与长周期地震动对储罐的影响,并在储罐薄弱部位进行加固处理.     

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。     

不同场地类别条件下框架结构地震响应的方向差异性研究

结构地震响应与所在场地的土层条件密切相关，而水平双向地震动作用方向的差异也会导致结构不同方向震害的差异.基于设计反应谱，选取了20组实际记录的水平双向地震动，针对基岩（Ⅰ0）、Ⅱ类以及Ⅲ类场地，对五层钢筋混凝土框架结构在双向地震动作用以及场地土层非线性效应共同影响下的地震响应进行分析，研究场地效应对地表地震动方向性以及上部结构地震响应方向性的影响.研究表明：在结构抗震设计时，不仅要考虑场地效应引起的地表地震动放大，还需要考虑场地效应引起结构地震响应的最不利方向以及方向差异性相比于基岩地震动作用时的变化；仅考虑出露基岩地震动输入的结构地震响应分析往往不安全，且忽略了场地效应对结构地震响应最不利方向的影响.     

大型浮放储罐三维地震动响应分析

以15×104 m3浮放储罐为例,应用ADINA有限元软件,采用弹簧单元模拟地基,在三维地震激励下分析储罐的地震动响应.结果表明,沿着罐壁的高度方向加速度具有放大效应,且场地越软储罐罐壁加速度放大响应越小;液体晃动波高越大,基底剪力越大.按照水平地震激励计算的液体晃动波高和基底剪力较三维地震动计算结果偏小,因此建议储罐设计时要考虑多维地震动的影响.     

液化场地的桩-土-上部结构振动台模型试验的研究

文章以液化场地桩-土-结构动力相互作用体系的振动台试验研究为基础,结合非液化场地桩-土-结构动力相互作用体系的振动台试验,再现了液化场地中上部结构与桩基的震害现象;基于振动台试验,对试验现象;孔隙水压力、土体及上部结构的动力反应、桩的应变等进行了研究和分析.结果表明:液化地基使承台在震后有明显的不均匀沉降,上部结构位移...     

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.     

河漫滩-阶地复合地形场地的非线性地震反应特征

以滁州市地震小区划场地为原型,针对由河漫滩、阶地、波状起伏的低丘等组成的典型复合场地,基于ABAQUS软件显式有限元并行计算平台,建立了大尺度场地二维模型,考虑土体的非线性特征,以SH波作为输入地震动,分析了河漫滩-阶地复合场地地震动力响应特征.结果表明,(1)与基岩地震动峰值加速度相比,土层近地表范围内(15m以浅)峰值加速度均表现出明显的放大现象,15m以深土层地震动放大效应随深度增加而逐渐减弱,且随深度增大,PGA放大系数值逐渐小于1.0;(2)土层峰值加速度随着深度增加非单一递减,局部土层深度地震动出现聚集效应,这一现象在河漫滩区表现比较明显;(3)场地不同区域地震动放大效应差异较大,河漫滩区地震动放大效应要明显比阶地低丘区更大;且输入地震动峰值相同时,河漫滩区反应谱特征周期要大于阶地区域,两者差距达0.05—0.15s;(4)随着输入地震动增加,反应谱谱峰向长周期方向移动明显.     

成层液化土中单桩-土-结构系统的水平振动分析

根据地震场地液化特征,将土层分为上部液化土层与下部非液化土层,并基于桩-土相互作用的Winkler模型,将桩等效为Rayleigh梁.建立了考虑上部结构的质量、转动惯量、桩身转动惯量和轴力效应的单桩-土-结构系统的控制方程和边界条件,在频率域给出了问题的解析封闭解.通过与相关实验结果的比较,验证模型和解析解的合理性和有效性,分析几何、物理参数等对单桩-土-结构系统位移放大因子、动力放大因子的影响.研究结果表明:桩身轴力使系统的基频更加趋向地震的主频;土壤的液化使得上部结构动力响应更加剧烈,随着土体液化程度的发展,桩的临界载荷将减小,最终导致桩发生失稳破坏.     

引水暗渠湿陷性黄土-灰土挤密桩复合地基动力特性

采用时程分析法,对湿陷性黄土地基引水暗渠灰土挤密桩单桩—土体模型的动力特性进行研究,结果表明:在水平地震荷载作用下,桩顶的位移最大,桩与土接触位置桩的位移比土的位移大,桩竖向中心节点的应力很小,桩侧土体应力大且沿径向增大,桩底土体应力随深度增大减小趋势不明显.这些变化规律为多桩与土相互作用时节点位移和应力的变化规律研究和群桩—土体模型是否产生群桩效应分析提供参照依据,同时为桩—土—上部结构共同作用分析提供基础理论.     

考虑反演及桩土相互作用的拟动力试验方法

考虑桩-土-结构相互作用,建立整个结构体系试验模型,在土槽试验室模拟框架结构在地震作用下的反应.在考虑桩-土相互作用的拟动力试验中,由于下部结构的不可控性和土体的不确定性,提出采用反演分析识别下部结构的动力反应,试验中通过传感器有效获取下部结构状态信息,利用这些测试信息作为反演分析的基础数据,确定桩-土工作状态,运用子结构的概念完成整个结构体系的拟动力试验.以某框架为例,采用考虑反演分析的试验方法、等效线性化方法以及刚性地基假设方法,探讨地震作用下结构反应的不同.试验及模拟分析表明,地震作用下,土体较早地进入了塑性阶段,结合反演分析的该试验方法能更好地模拟包括桩土在内的整个体系在地震下的反应.考虑反演分析试验方法的结构顶端位移最大,等效线性化方法次之,刚性地基假设最小;考虑反演分析试验方法的层间位移角和层间剪力最小,固定基础假设最大.     

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.     

V形近似为均匀峡谷场地的体外PC桥梁多点地震分析

针对某座跨越V形峡谷场地的体外预应力桥梁,利用波函数解析解模拟得到了均匀介质V形场地地下多点地震动激励,对体外预应力体系在该激励下的结构响应进行了分析.首先,利用模型转化技术建立了4种桥梁模型,分别探究了纤维梁单元、实体单元,桩-土相互作用和人工黏弹性边界等对体系响应的影响.其次,基于均匀介质假定的V形峡谷场地解析解,引入地下多点地震动模拟方法得到了V形峡谷场地地下多点地震动并将其作为结构输入,着重探究了V形场地地震输入和水平场地地震输入对体系地震响应的影响差异.计算结果表明:V形峡谷场地激励同水平场地激励相比对结构具有更强的空间差动作用,从而引发更大的差动内力,体外预应力体系从屈服到破坏退出工作的持续时间明显缩短;桩-土相互作用对体外预应力筋的地震响应影响显著,体外筋发生屈服和破坏的时间均大幅度提前.     

钢箱边界效应振动台试验研究

为分析桩的动力响应和钢箱的边界效应,设计一个带有泡沫边界、滑动边界以及摩擦边界的钢箱,并进行桩土相互作用的振动台试验.试验结果表明:1)惯性效应作用下,桩顶的地震响应最大;2)钢箱不同埋深处,地震响应不一,底部最小,中部大于底部和上部;3)泡沫边界会影响土体内介质的加速度响应——无泡沫边界情况下土体内介质的加速度响应偏大.所以,在进行桩土动力相互作用的振动台试验时建议增设泡沫边界.     

土—桩—结构相互作用对巨型框架变形特性的影响

针对某巨型框架,采用动力有限元时程分析方法,通过土体自由场反应及运动相互作用计算,以及对地基刚性假定模型及土—桩—结构相互作用模型的变形特性的分析,得出结论：多遇地震下土体具有放大地震波的作用,而罕遇地震下却出现折减现象;考虑相互作用后,结构顶部相对位移减小,但在底部几层却有放大现象。     

桩承-上部结构的地震动力相互作用设计探讨

研究了水平地震作用下层状地基土中桩基建筑物的动力相互作用的特性,总结出各参与要素对动力相互作用体系地震响应的作用规律,并探讨了桩土上部结构共同作用程度的简单判别方法;编制了群桩分层土上部结构的动力相互作用分析及优化设计程序.实例分析表明,在带桩结构工程中应用该程序进行抗震作用下的优化动力计算是简单可行的,可由体系周期放大因子的值来确定采取相互作用设计计算与否,为桩承结构设计提供了新的分析思路.     

地震动在浅埋隧道场地中的传播特性

为了探究地震动在浅埋隧道场地中的传播特性,以南京某工程中浅埋隧道为研究案例进行振动台试验。基于Bockinghamπ定理分别对结构和地基土作相似缩比,考虑时间效应对土体的影响,时间相似比采用模型土时间相似比,采用叠层剪切土箱来减小边界效应,对试验得到的加速度结果进行分析,结果表明:随着埋深减小,土体的加速度峰值逐渐增大;地震中,地下结构主要随周围土体一起运动;结构的存在会放大周围一定范围的土体加速度峰值。     

桩-土-结构相互作用对连续梁桥抗震性能的影响

本文以跨浅海水道连续桥为研究对象,采用质量弹簧体系模拟基础和地基,用有限元通用软件分别建立了该桥的考虑桩-土-结构作用的全桩模型、将基岩中桩截去且考虑桩-土-结构相互作用的截桩模型和不考虑桩-土相互作用的无桩三维有限元模型.以此为基础,对该桥进行三维地震动态时程分析,分析了桩-土-结构相互作用对该桥动力特性的影响和不同地震动输入下桩-土-结构相互作用对该桥位移反应、内力反应等地震响应的影响.     

中国西部地区场地放大模型

为探讨场地对地震动的影响,选取汶川地震主震、余震记录及美国下一代地震动衰减关系（NGA）项目的强震记录,通过比较地震动观测值与基岩衰减关系预测值得到场地放大系数．分析得出以Vs30和参考地震动为变量的场地放大连续函数模型．模型考虑了场地的K30对地震动影响的差异,反映了汶川地区场地条件对地震动的影响．通过随机效应方法回归了模型系数．模型结果表明：当参考地震动小于45～55gal时,其对场地放大无影响;当参考地震动大于45～55gal时,相同场地上随其增大场地放大系数减小;而且参考地震动对软场地上短周期地震动的场地放大影响显著,对硬土场地影响不显著．     

场地条件对西昌昔格达组三维地基地震动响应

为查明场地结构和填挖分布对西昌昔格达组沉积地层三维地基地震动响应规律的影响,利用有限元软件模拟了地震作用下2个三维计算模型表面的加速度分布情况。从场地平台结构、标高突变和填挖分区3个方面讨论地基地震动响应差异。研究表明：场地平台标高越高,竖直方向加速度放大系数变化越显著;标高突然增大引起竖直方向加速度放大系数骤增,向平台内侧延伸,加速度放大系数有减小的趋势;填方区加速度放大系数大于挖方区;地震动响应的地形放大效应具有方向性,数值分析应该采用三维计算模型。研究结果为西昌昔格达组地层场地地基方案比选和抗震设计提供重要依据。     

考虑桩土相互作用的大跨度钢拱桥地震反应分析

为了研究桩土相互作用下大跨度钢拱桥的地震反应特点以及塑性铰的形成部位和发展过程,利用ANSYS有限元程序对比研究了在多组地震输入条件下,考虑基础固结和桩土相互作用下的动力特性及在罕遇地震下的地震反应,并探讨了层状场地土对桩基以及上部结构的影响. 结果表明:与基础固结模型相比,考虑桩土相互作用体现了土的特性对结构的影响,较好地反映了结构的动力特性,结构的自振周期延长,且对高阶振型周期影响显著;同时结构各部位的内力响应呈下降趋势,位移响应被放大,但受边界假定的影响,其总体反应趋势未发生改变,其中在主梁1/4处、梁拱结合处以及柱底处均出现塑性铰,且柱底处率先屈服,各塑性铰区的变形仍控制在较小的范围内,桩身则未出现塑性铰.