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     

黏土中宽浅式筒型基础与地基的地震响应

我国近海地基以软黏土地基为主,在地震频发的场地中,地震荷载的作用会导致浅层黏土地基的土强度发生弱化,而宽浅式筒型基础是一种新型的海上风电基础,其入土深度较浅,因此宽浅式筒型基础对地震作用下浅层土体的强度弱化较为敏感.为研究黏土中宽浅式筒型基础与地基的地震响应规律,以实际场地中原型宽浅式筒型基础为依据,参照原型宽浅式筒型基础的1阶自振频率设计并开展了一系列离心机振动台试验,监测了宽浅式筒型基础作用下黏土地基在震中和震后的孔隙水压力响应,分析了宽浅式筒型基础和黏土地基的加速度变化,研究了筒型基础作用下黏土地基的剪应力-剪应变关系,揭示了黏土地基中宽浅式筒型基础结构与地基的动力响应规律.结果表明,地震作用下黏土地基中的超静孔隙水压力累积存在滞后效应,且位于筒型基础中心线上土体的超静孔隙水压力相对较小,宽浅式筒型基础产生的大面积附加荷载作用有利于减小黏土地基振动弱化程度;随着埋深的减小,黏土地基的加速度在ELCentro波作用下呈线性衰减规律,在SIN波作用下呈非线性衰减规律,塔筒处加速度与基础顶盖处加速度相当且峰值加速度明显小于浅层地基;基础底面以下土体的应力应变滞回圈随埋深的增加而增大,而基础底面处土体的剪应变明显提高.     

考虑剪切变形下隧道开挖引起邻近桩基水平向响应简化分析

隧道开挖引起邻近桩基的变形影响理论研究都将桩基简化成Euler-Bernoulli梁搁置在传统的Winkler地基模型和Pasternak地基模型上,忽视了桩基变形时桩基自身剪切变形的影响。基于两阶段分析法,采用Loganathan公式计算隧道开挖引起邻近土体自由位移场,再将桩基简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁放置在Kerr地基模型上,建立桩基水平方向受力平衡方程,结合桩基两端约束条件,获得邻近桩基的水平位移及其内力半解析解。随后考虑群桩间土体遮拦效应,进一步获得隧道开挖对邻近群桩的变形影响。通过与工程实测数据及有限元模型计算结果对比,验证了本文方法的合理性。研究结果表明：邻近群桩水平位移及其弯矩随着地层损失率增大而线性增大;隧道埋深增大会引起邻近群桩水平位移减小,桩基弯矩峰值在隧道埋深较大时明显减小;桩隧间距增大会引起邻近群桩水平位移及其内力减小,其减小速率逐渐变缓。     

埋深对地下结构地震液化响应的影响

应用非线性液固两相体动力有限元方法研究饱和可液化土中地下结构在水平地震作用下埋深的响应。分析了地震液化情况下地下结构埋深对于结构上浮、加速度、水平位移以及响应结构内力的影响,讨论了非液化土中地铁地下结构地震响应随埋深的影响。结果表明,埋深的增加可以减少地铁地下结构由于土体液化所导致的结构上浮;同时,虽然地下结构地震作用所导致的内力随着埋深的增加有小幅度的上升,但由于深埋地铁地下结构的强度往往比浅埋的为高,因此在相同水平地震的作用下,浅埋地铁结构可能更加危险。     

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。     

兴教寺玄奘塔频域地震响应分析

为了研究兴教寺玄奘塔在地震作用下的动力响应,考虑了地震作用的随机性并引入地基阻抗系数,分析了砖石古塔与地基相互作用系统频域响应的计算模型,通过线性等效的方法,推导了结构响应的功率谱密度函数。并结合玄奘塔的场地与地基条件,建立了玄奘塔地基与结构相互作用体系的计算模型,按场地条件输入三向地震波,计算了结构的频域动力响应,给出了各楼层顶的位移放大系数及加速度功率谱。结果表明,影响玄奘塔位移放大系数及加速度功率谱响应的频带均较宽,其中南北方向及竖向位移响应、底层的竖向加速度的频域响应具有两个峰值,且响应的峰值所在的楼层为第3层及顶层。因此,玄奘塔在地震作用下结构的危险截面位于3层及顶层,与砖石古塔的历史震害规律一致。     

不同场地考虑衬垫层影响的填埋场地震响应

采用薄层土体代替衬垫层,并提出薄层土体相应的动力计算参数,建立填埋场动力计算模型,采用一维多层土体的等效线性解法进行求解,研究了衬垫界面、填埋高度和场地条件对填埋场地震响应的影响规律.计算结果表明:在中震或强震作用下填埋场衬垫处发生较大的剪切位移,限制了地震波的向上传播,忽略衬垫层对填埋场地震响应的影响会造成较大的误差;当填埋场高度为15m时,填埋场顶部峰值加速度最大,随着填埋高度的增加,填埋场基本周期逐渐增大,远离了共振状态,使得填埋场顶部加速度逐渐减小;通过对比4种场地条件下填埋场的地震响应变化规律可发现场地条件的变化对填埋场的地震响应也有较大影响.     

非均质地基非线性地震反应的半解析算法

运用动态应力一应变关系及其推广的Masing加卸载准则，考虑土体在地震等产生的不规则加载条件下的非线性滞回特征，将增量法与相应场地地震线性反应解析相结合，对剪切模量是其深度的某一幂函数的非均质地基，提出了该动力非线性方程的半解析时域算法。算例结果与其相应的线性结果对比，发现最大位移与最大加速度沿深度的变化规律基本相同。     

指数函数模量成层土上剪切梁的随机地震反应

按照剪切梁理论,给出了指数函数剪切模量成层土上剪切梁的自振频率方程及任意阶振型函数的解析表达式,应用振型叠加原理计算了这种梁的地震反应,然后利用随机振动理论,基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数、白噪声谱和过滤白噪声谱,研究了该梁对地震的随机动力响应问题.计算结果表明:在基岩输入地震加速度的功率谱为白噪声谱的情况下,土层和梁的最大期望反应均有别于过滤白噪声谱时的相应值;平稳输入与输出时,地基和梁的最大期望反应总是不小于非平稳过程时的相应值.     

指数函数剪切模量的成层土地震反应解析解

基于改进的一维剪切梁模型,对剪切模量是其深度的某一指数函数的成层非均质场地,推导了确定自振频率、振型函数、参与系数及稳态动力响应的封闭型解析表达式。证明了这种土层振型函数的正交性。最后应用本解析解对一个算例进行了计算,得到了土层的最大地震反应值(位移、加速度、剪应力)。     

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。     

分层饱和土中横向受荷桩动力响应分析

考虑饱和土的成层性和孔隙流体与土骨架变形的相互作用,用积分变换方法构建盘面和柱面荷载作用下土体与结构动力相互作用影响函数,用边界元方法建立相应的考虑饱和土成层性的地基与桩基础动力相互作用分析方法.以层状饱和土中横向受荷桩动力阻抗分析表明分析方法的可行性.算例分析孔隙流体对分层饱和土中横向受荷桩动力响应影响.     

地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析

为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响,考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性,建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法.首先,基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论,将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力,建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法.其次,针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点,建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法.将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算,对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果,结果表明,地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显;层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,接触面附近破坏区发展较大;考虑接触作用后,衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大,首先发生开裂损伤破坏,成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位,隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位.     

框架锚杆支护边坡地震响应分析

研究框架锚杆支护边坡的动力特性和抗震机理,包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,框架的地震响应,锚杆的地震响应,土压力地震响应.考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型,分析双向地震激励下框架锚杆支护边坡的动力响应,给出地震波和阻尼的选取方法.结果表明:在地震作用下边坡发生了永久位移,表明支护边坡延性大、有很好的抗震性能;锚杆轴力沿全长变化不均匀,在滑移面附近幅度最大;每层锚杆的增幅也不相同,中间几层增幅大,上下两层增幅小;框架内力和土压力在地震作用下明显增大.     

双向水平地震作用下场地土三维非线性反应分析

针对双向水平地震作用下场地土地震三维非线性反应问题,基于多重屈服面模型建立了三维竖向土柱模型,重点考察了影响场地土地震非线性分析准确性和效率的相关因素,其中多重屈服面模型参数、土层厚度划分、边界条件以及组成阻尼的频率或模态等的合理选择是进行非线性地震反应分析的关键参数.当土层性质差异明显时,可以根据波速的不同分为多个子系统,各个子系统分别选用相对应的阻尼参数进行分析.为确定分析方法的计算精度,与已有文献的离心动力试验结果对比,验证了三维竖向土柱模型的可靠性,该模型可以有效地应用于双向非线性地震反应分析.     

埋地管道在地震波作用下的动力响应分析

埋地管道是一种特殊的地下结构.地震时由于管道与沙土等介质的相互作用引起管道运动,在管道中产生地震应力.针对地震波作用下埋地管道的运动特点,应用有限元分析方法对埋地管道进行模拟试验,结果表明水平地震沿x方向和y方向共同激励作用下管道的横向位移响应远远小于轴向位移响应.     

考虑地表边界效应的静压沉桩挤土位移解析

在沉桩挤土位移求解过程中同时考虑了土体弹塑性本构关系以及地表边界效应的影响.假定桩周土体屈服后服从修正剑桥模型,基于圆孔扩张理论推导了桩体无限长时挤土位移的初始解.在此基础上,引入修正函数来考虑地表边界和沉桩深度对挤土位移的影响;经与文献实测结果比较,验证了修正后沉桩挤土位移解析方法的合理性和可靠性.参数分析表明,沉桩挤土位移随桩径的增加呈非线性增长,随预钻孔孔径的增大呈非线性减小;当超固结比增大时,挤土位移也随之增大,分析认为是由于重超固结土颗粒排列紧密,受到的挤压作用明显所致.     

浅埋土中梁式结构受冲击波作用的动力响应和弹塑性介质中的卸载波

本文选取双线型弹塑性加载、可变形卸载的土壤模型,分析了浅埋土中梁式弹塑性结构受地面冲击波荷载作用的动力响应,计算了土中由压缩波相互作用而形成的弹塑性弱间断边界,给出了可供设计用的土中结构动力相互作用系数曲线。     

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.