考虑土-结构作用的层间隔震结构三维地震响应

实际地震具有多维性,只考虑水平向往往不够真实全面,且在考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)中更为复杂,缺少相关的研究分析。建立层间隔震结构模型,利用点弹簧模拟土体参数实现SSI效应,进行三维地震动下动力弹塑性分析。研究三维地震激励下,考虑SSI前后的层间隔震结构的地震响应,通过改变土体性质,探讨了考虑SSI对结构的影响规律。针对三维地震动,设置了三维隔震支座,并与传统水平隔震支座结构进行了地震响应分析对比。结果表明：三维地震下,考虑SSI层间隔震结构地震响应增大,周期有所延长,层间位移角增大,结构损伤加重;采用三维隔震支座后,考虑SSI层间隔震结构的层间位移角和基底剪力均明显减小,结构的损伤程度减轻,三维隔震支座减震性能更优。     

基于小波分解的基底隔震结构的抗震分析

目的分析基底隔震结构在地震波以及地震波各个频段作用下的位移、等效静力、基底剪力.方法采用小波分解的方法对汶川地震近震区的水平地震动输入加速度进行分解,对基底隔震体系在不同频段地震动作用下进行动力学时程分析,并与未隔震体系进行对比研究.结果隔震结构在0~0.39 Hz、0.39~0.78 Hz、0.78~1.56 Hz等低频段作用下的位移反应远远大于6.25~12.5 Hz、12.5~25 Hz、25~50 Hz、50~100 Hz等高频段的位移反应,在6.25 Hz以上的频段,出现隔震结构的位移小于未隔震结构的位移,等效静力也是如此.在卧龙波以及各个频带作用下,隔震结构基底剪力远远小于未隔震结构的基底剪力.结论相比未隔震结构而言,基础隔震结构大大地降低了上部结构的地震反应,低频段地震波对结构作用很大,高频段可以放大高阶振型的作用,而隔震层起到一个低通滤波器的作用,可以滤去地震波的一些高频成分.     

地震作用下高层框架-剪力墙隔震结构动力响应参数分析

针对一个10层框架-剪力墙基础隔震结构体系,考虑框架与剪力墙之间的相互作用,通过改变隔震层刚度及框架与剪力墙的刚度比,分析隔震层对地震波的滤波作用,以及考虑上部结构累积变形与隔震层大位移P-Δ效应,对高层框架-剪力墙结构的整体力学响应进行研究.结果表明:随着隔震层刚度的增加,传递到上部结构底部的加速度频谱幅值逐渐增大.随着框架与剪力墙刚度比增大,层间剪力的分布趋于均匀.上部结构累计变形产生的附加弯矩略大于隔震层本身P-Δ效应产生的附加弯矩.     

大底盘多塔楼结构基础隔震非线性时程分析

针对当前采用比较多的一种结构大底盘多塔楼结构进行分析并提出简化模型,利用有限元方法聚合出其特征矩阵,建立了基础隔震的时程分析计算分析模型,利用MATLAB语言编制了动力计算程序.选择了一幢4塔楼10层,底盘为框架,塔楼为砌体的工程作为数值算例,分别计算这种结构在地震作用下采用隔震和非隔震结构时各个塔楼和各层的位移、加速度、基底剪力等地震响应,将两种情况下的响应进行比较.结果表明该结构采用基础隔震可以显著地降低地震的破坏作用.     

建筑结构隔震体系的动力反应

运用隔震理论建立结构隔震体系的动力模型和运动方程,着重考虑了隔震体系的恢复力特性,进行了隔震体系在时域内的地震反应程序设计。算例表明,隔震体系上部结构的动力反应幅值均可以大大降低。其中,顶层相对地面位移降低了13.62%,层间位移降低了35.57%,最大绝对加速度降低了33.68%,层间剪力降低了35.60%。     

高层隔震结构的非线性时程分析

采用有限元软件,对某高层隔震结构进行了动力弹塑性时程分析,上部结构采用弹塑性质点系模型,隔震层考虑每个橡胶支座的水平和竖向的非线性动力特性,计算出了隔震结构在不同设防烈度下的位移、加速度、层间剪力等地震反应,并总结出了一些有益的规律。     

基础隔震结构整体非线性动力响应分析研究

为研究隔震结构在地震作用下的非线性响应规律,对某高层隔震剪力墙结构,分别考虑上部结构为弹性与弹塑性,进行中震和罕遇地震作用下的动力时程分析研究,同时分析整体弹塑性模型中保持楼板弹性假定对结构响应的影响.分析表明,考虑整体弹塑性作用的隔震结构减震系数减小,罕遇地震下层间位移角增大,顶点位移时程滞后于仅考虑支座非线性作用的分析结果,隔震层位移减小,支座滞回曲线面积减小,同时剪力墙和楼板实际均出现了不同程度的弹塑性损伤.弹塑性楼板模型的层间剪力和位移角均大于弹性楼板假定模型的,顶点位移时程则滞后于弹性楼板模型的顶点位移时程,幅值变化不大.     

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.     

建筑结构基础隔震应用研究

利用大型结构有限元分析软件SAP2000对采用基础隔震框架结构在不同地震波作用下进行了动力时程分析,分析了基础隔震结构在地震作用下的位移、剪力,并与未隔震相同结构建筑的位移、剪力进行了对比,以评断隔震结构的减震效果,得到一些有意义的结论.结果表明,隔震结构在罕遇地震作用下仍处于弹性工作状态,具有优越的抗震性能.     

双向地震耦合作用对基础摩擦隔震结构的影响

采用多质点层间剪切型模型,建立了基础摩擦隔震多层砌体结构在水平与竖向耦合地震作用下的运动微分方程及滑动与啮合状态判别准则·通过数值计算,分析了竖向地震作用对隔震结构的影响,研究表明,竖向地震作用的存在,使隔震结构下部各层,特别是首层的层间位移,层间剪力增加,隔震层加速度增加,且随地震烈度,竖向加速度峰值增大而增加,并使隔震层的滑动位移幅值有增大的可能·建议在高烈度震区考虑竖向地震作用对结构反应的影响·     

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．     

船桥碰撞中桩土相互作用模拟方式的影响分析

为研究船桥碰撞模拟中的桩土相互作用问题,本文建立了单桩-土-船舶高精度碰撞有限元模型,采用桩底固结、土弹簧以及无反射边界模拟桩土相互作用,并计算了船舶撞击力以及船撞作用下桩基的位移响应。计算结果表明,当桩基固结深度大于5倍桩径时,船舶撞击力趋势与其他模拟方式计算结果区别较大,在撞击过程中撞击力出现卸载现象,说明船舶与桩基之间出现了一次逐渐脱离的状态。无反射边界条件模拟得出的撞击力与结构位移响应均最小,土弹簧计算结果居于固结模拟与无反射边界模拟计算结果之间。通过分析,结构动力响应不仅与最大船撞力、平均船撞力相关,且与船撞力时程持续时间有关,当无详细地质资料时,可采用3倍桩径固结深度对桩底固结,所得动力响应偏安全,可满足工程应用需要。     

土与隔震结构共同作用的随机地震反应分析

采用子结构法,把地基土视为置刚性基础于其上的匀质、各向同性的粘弹性半空间,用Bouc-Wen光滑型滞变恢复力模型来模拟隔震层的弹塑性,上部结构采用剪切型结构模型建立土-结构动力相互作用的隔震结构非线性运动方程;利用状态空间法,将地震波以功率谱密度的形式输入,通过随机等效线性化获得隔震结构反应的统计值.分析表明,基于刚性地基假定的隔震结构设计并不总是保守的,地基土的类型和隔震结构的隔震度都在一定范围内对结构地震反应有显著影响.     

地震作用下桩基的1/3次亚谐波共振分析

建立了均匀地基下桩基础的非线性运动方程。运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程。利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐波共振的一阶近似解。分析了频率比、剪切波速度及土层厚度等参数对地震惯性力和亚谐波共振幅频响应的影响,并通过与非共振硬激励情况对比分析1/3次亚谐波共振对系统实际动力反应的影响。研究结果表明:在软弱土层中,剪切波速度及土层厚度对地震惯性力影响显著;1/3次亚谐波共振区域对外激励幅值敏感;阻尼大于一定值后,系统将不出现1/3次亚谐波共振响应;1/3次亚谐波共振显著增大系统稳态动力响应位移。     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

铅芯橡胶基础隔震结构在多向地震作用下的分析与研究

本文分别建立了传统结构与隔震结构的三维有限元模型,通过对这两种结构进行动力特性分析和考虑单向、双向、三向地震作用下的动力时程分析,研究多向地震作用对框架结构的影响。研究分析表明：对于水平隔震,在三向坚硬场地波的作用下,结构的反应增大;对于竖向隔震,隔震结构比传统结构的地震响应都要大,且在双向与三向地震动时,结构的层间剪力和底层柱轴力有较大的影响。因此,在进行铅芯橡胶基础隔震设计时,要考虑结构多向地震作用,尤其是竖向地震作用对结构的影响。     

横观各向同性土中大直径桩的纵向振动分析

桩-土动力特性研究一直是桩基工程领域的重要问题,针对受纵向振动荷载下的横观各向同性土中大直径桩动力特性进行研究。基于横观各向同性材料本构方程,忽略土体径向位移,建立轴对称条件下土体的动力平衡方程,结合边界条件求解方程,得到土体的位移和剪切力表达式。根据Rayleigh-Love杆模型建立大直径桩的纵向振动平衡方程,结合边界条件求解得到大直径桩在横观各向同性土中纵向振动的解析解,随后分析了桩土参数对土体、桩顶动力响应的影响。将理论解进行退化分析,并将理论解与数值模拟解进行对比,进而验证了该理论解的正确性。     

具有裙房建筑抗震的混合控制系统

为提高具有裙房建筑的抗震性能,给出了包含橡胶隔振垫和阻尼器的混合控制系统及其模型,并推导了模型的运动方程. 根据控制系统方程,在无橡胶垫、仅设橡胶垫和同时布置橡胶垫和阻尼器的三种工况下,运用1940 EI-Centrol加速度波,对具有三层裙房的七层建筑结构进行了分析,得到了七层建筑的加速度、位移和楼层剪力等参数. 对三种工况下的地震反应进行对比,结果表明橡胶垫和阻尼器能明显地减少结构的加速度、位移和层间剪力,混合控制系统能有效地减少水平地震力.     

基于增量迭代法的深基坑桩锚支护结构位移计算简化方法

针对深基坑桩锚支护结构工程的施工特点,提出采用增量法对深基坑桩锚支护结构进行设计研究,把深基坑因开挖引起的桩体位移这一非线性问题用近似的线性方法解决,用一系列线性的分段折线去代替非线性曲线.考虑到基坑开挖过程中桩锚支护结构位移的影响,推导出基于桩体位移的土压力模型的位移计算公式,再运用迭代法对每步求出的桩体位移量进行修正,避免增量法计算产生的误差累计叠加.结合工程实例,把上述方法用Matlab编制成计算程序,将计算结果与有限元模拟软件Plaxis的模拟结果以及常规增量法对比分析,结果表明,用提出的简化方法计算桩体位移更加接近工程实际,较常规增量法更为准确.