考虑土-结构相互作用效应的三维桩基结构动力有限元分析

结合简化阻抗法建立了三维相互作用结构的动力有限元分析模型,导出了考虑群桩刚体、惯性效应作用时的结构相互作用时程积分方程式,以近乎纯结构有限元的建模途径合理地反映出桩-土-上部结构在水平地震作用下的动力相互作用特性。模型中引入具有桩(筏)-土阻抗特性的弹阻单元来描述不同群桩布置、土层状况因素对体系反应的参与作用,而在动力方程中竖向SV剪切波经桩土刚体相互作用产生的水平、摇摆分量对体系的影响亦得以体现。20层桩承刚框架结构的动力分析表明:较柔的桩、土基础使得体系的SSI效应增强,但其参与程度与群桩效应相关,而结构构件内力较不考虑相互作用时有较大折减;应用该法可精确、快速地进行复杂上、下部结构时程反应分析。     

单桩竖向动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑桩周土的弱化效应和桩-土界面的相对滑移效应,利用数理方程方法分别求解单桩与桩周近场土域及远场土域的振动方程,建立了竖向荷载作用下单桩动力阻抗函数的简化计算方法,提出了一种改进的非线性动力Winkler模型,确定了模型中各物理元件的参数,进而通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础。     

桩-土接触效应及对桥梁结构地震反应的影响

目前有关涉及桥梁桩基础地震反应的研究大多是基于桩与桩侧土体之间无相对滑动、位移保持协调的假定。本文针对地震作用下桥梁桩基础的接触面效应及其对结构地震反应的影响问题，以某桥梁工程为背景，通过在桩-土交界面处设置接触单元来模拟桩-土间的接触非线性，建立了土-桩-桥梁结构相互作用体系的三维分析模型。利用这一模型，分析了地震作用下桩-土交界面处的动力反应形态，探讨了桩-土间的接触非线性及其对桥梁结构地震反应的影响。初步分析结果表明：在强震作用下，桩-土间会产生较强的接触非线性，在本文模型中，这种非线性主要表现为桩-土交界面处的滑移；考虑桩-土间的接触面效应将使结构的位移反应结果较基于桩-土间位移协调的情形有所增大。     

桩-土-结构相互作用对大跨度斜拉桥地震响应的影响

土层条件对结构在地震作用下的破坏有很大影响。本文旨在对考虑桩-土-结构动力相互作用(PSSI)对大跨度斜拉桥地震响应造成的影响进行评估。文中将桩-土相互作用理想化为采用连续分布的水平弹簧和粘滞阻尼器的Penzien模型,并用ANSYS有限元分析软件对苏通大桥整体模型进行地震响应时程分析来研究PSSI的影响。可以看出,PSSI对苏通大桥地震响应有显著影响,如果忽略PSSI效应,大部分响应将被低估。     

单桩横向非线性惯性响应简化分析计算方法

根据已建立的地基土-单桩系统横向非线性动力相互作用的简化分析模型,在动力Winkler模型的基础上,研究单桩横向非线性惯性响应。简化模型中．地基土对桩轴的横向非线性作用力．由非线性迟滞退化弹簧模拟,地基土在运动过程中的能量耗散,由与弹簧并联的粘壶模拟。利用有限元空间离散技术和Newmark-β法,讨论了横向惯性荷载作用下．单桩运动方程在时域中的求解方法。计算结果表明,该模型能够反映单桩非线性惯性响应的主要特征。能够揭示各种非线性因素,如：桩周土的迟滞效应、退化、屈服,以及土-桩界面的分离等,对单桩惯性响应的影响。计算结果与试验结果相当吻合。     

土-桩-结构相互作用体系随机地震反应分析

本文采用随机振动理论与有限元技术相结合的方法，以基岩随机地震作为输入，对群桩基础和土-桩-结构相互作用体系进行了三维随机地震反应分析。文中首先以一3X3群桩基础作为分析模型，探讨了桩-土-桩动力相互作用对承台随机地震反应的影响；然后，用单自由度体系模拟上部结构，分析了上部结构惯性对桩基承台随机地震反应的影响。在此基础上，以某桥桥墩为背景，用多自由度体系模拟上部结构，建立了土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型，获得了桩基承台的功率谱响应、以及桩顶处的主应力标准差和主应力速率标准差等结果，探讨了群桩顶部各桩主应力标准差的分布规律，得到了一些有应用价值的结果。     

一种三维饱和土-基础-结构动力相互作用分析方法

地震波入射时土与结构动力相互作用分析是地震工程领域的重要问题.由于问题的复杂性,以往的研究大多考虑地基土为干土情形.而实际工程中,土体中经常充满孔隙水,土层往往是含水层或部分含水层.孔隙水对土层的地震反应影响较大,进而影响支撑于其上的基础和上部结构的响应.因此,有必要考虑饱和土-基础-结构动力相互作用问题.基于此,土体采用Biot模型,利用集中质量显式有限元方法并结合多次透射人工边界进行模拟;结构经有限元离散后,采用Newmark隐式时步积分方法进行分析,可通过ANSYS等有限元软件实现;基础假定为刚性,采用显式时步积分进行求解;土体和结构(及基础)可分别采用不同的时间步距;通过FORTRAN程序实现了三维饱和土-基础-结构系统在地震作用下的整体分析.从饱和多孔介质动力微分方程出发可知,干土是饱和土的特殊情形,通过将流体体积模量及孔隙率置为零,可将饱和土退化到干土,从而将干土统一到饱和土的计算框架中,通过土-结构相互作用算例对此进行了验证,进一步实现了干土与饱和土混合情形时的土-结构动力相互作用分析,使得问题的模拟更贴近实际工程(如考虑地下水位情形).通过算例对比了饱和土地基、干土地基、干土覆盖饱和土地基(考虑地下水位)情形时,土-结构相互作用对基础和结构响应的影响,结果表明地下水位对基础和结构响应的影响较大.     

建筑结构爆破地震反应弹塑性精细时程分析

针对爆破地震作用下建筑结构的安全评估问题,提出利用时程分析方法全面评估爆破地震波的安全度;建立了基于精细积分算法的结构弹塑性动力分析架构模式,编制了建筑结构爆破地震反应弹塑性精细时程分析程序;通过算例验证了该算法的准确性与高效性,弹性时程分析与不同恢复力模型弹塑性时程分析的结果曲线具有类似特征和数值差异;建议选择合理的恢复力模型,使用弹塑性时程分析方法模拟爆破地震作用下结构的动力响应,全面评估爆破地震波的安全性。     

基于能力谱法的土-桩-结构相互作用分析

本文基于能力谱方法对天然地基上带群桩基础的高层框架结构进行了平面静力弹塑性分析.文中首先应用子结构原理,将群桩基础用一组弹簧来模拟,并用Davies方法确定群桩刚度,建立了土-桩-高层框架结构相互作用体系Pushover分析模型;在此基础上,分析了均匀分布方式和依各层质量与第一弹性振型乘积比例分布等两种侧向加载模式下土-桩-结构相互作用模型和刚性地基模型的结构各性能点的加速度谱值Sa和位移谱值Sd、以及基底剪力和顶点位移等,探讨了不同地震烈度(7度、8度和9度)下两种不同分析模型间的结果差异,得到了一些有应用价值的结果.     

超长桩竖向极限承载力预测与动力稳定性分析

应用突变理论建立了超长桩在竖向静荷载作用下的尖点突变模型,推导得到了超长桩的竖向极限承载力预测公式.在静荷载分析的基础上,引入动荷载,建立了超长桩在动静组合荷载作用下的双尖点突变模型,并对其动力稳定性进行了分析.动力分析表明:动静组合荷载作用下超长桩的振幅H、频率关系q与结构非线性系数a三者之间符合双尖点突变模型；超长...     

弦支穹顶结构动力分析

基于局部分析法并且在以预应力作为自平衡的初始内力情况下对弦支穹顶结构的动力特性进行了初步分析。局部分析法采用将索杆体系和上部单层网壳分开的思想,使弦支穹顶结构的初始预应力分布的确定得到简化。随着上部网壳结构的整体刚度的降低,预应力对体系的自振特性的影响逐渐增大。该体系的低阶振型大多为竖向振动振型。由时程分析的结果可见竖向常遇地震作用下索杆内力上下变化的幅度并不大（不超过7％）。竖向常遇地震作用下结构响应由内环、中环到外环逐渐减弱。常遇水平地震作用下体系索杆内力上下变化的幅度更小。相比竖向常遇地震作用下的索杆内力的变化要小的多。同时,常遇水平或竖向地震作用下线性和非线性时程分析差别不大。     

大型桩基础动力特性及地震反应分析

本文针对大型桩基础的地震反应问题,以上海“东方明珠”广播电视塔桩基础为工程背景,采用梁单元模拟桩的运动,用8节点块体单元对土体进行离散,通过凝聚法消去桩（梁）节点的转动自由度,建立了“东方明珠”电视塔中央部位桩基础的三维有限元分析模型,对桩基础的动力特性进行了计算与分析。在此基础上,以文献[1]根据地震危险性分析和土层反应分析后获得的桩尖处加速度时程作为输入,对桩基础的动力反应进行时程分析,探讨了桩－土动力相互作用和上部结构等因素对地震地面运动和桩承台反应的影响,得到了一些有应用价值的结果。     

考虑混凝土应变率变化的高拱坝非线性动力响应研究

提出一种新的应变率相关的混凝土非线性弹塑性损伤模型。采用此模型对混凝土拱坝的非线性地震响应作了分析。在综合考虑坝-地基-库水动力相互作用和坝缝非线性接触的基础上，着重研究了混凝土应交率相关效应及加载历史对混凝土极限强度等重要参数及拱坝响应的影响，并与采用不考虑应交率影响的混凝土损伤模型计算结果进行了对比分析。结果表明，拱坝考虑横缝作用后的坝面应变率分布不同于整体拱坝。应交率分布形态不仅可以很好地表征拱坝的振动形态，而且对于高拱坝的动力响应的影响也不可忽略。     

含裂纹梁非线性静动力特性及简化动力学建模Static and dynamic behaviour of cracked beam and simplified dynamic model

主要研究裂纹对梁结构动力特性的影响规律,进而为含裂纹梁结构状态监测提供理论依据。首先,对裂纹影响区域进行分析,建立含裂纹梁二维接触非线性有限元模型,阐明含裂纹梁具有拉压不同刚度的静力特性;其次,通过对机理模型的分析,指出拉压不同刚度会引起轴向与弯曲的耦合振动;然后,通过非线性动力学分析方法研究其动力特性,观察到含裂纹梁在冲击荷载下会产生轴向与弯曲的耦合振动现象,并指出这种轴向与弯曲耦合振动的一个重要特征是轴向振动频谱图中含有弯曲振动基频的两倍频成分;最后,通过引入非线性弹簧建立一种新颖的含裂纹梁简化动力学模型,通过与精细有限元分析对比,验证了模型的合理性。该简化动力学模型将接触非线性问题转换为材料非线性问题,避免了费时的接触非线性动力学求解过程。     

双曲面摩擦摆支座典型桥梁的地震响应研究

为研究不同因素对粤东高烈度地区双曲面摩擦摆支座高速公路典型桥梁工程地震响应的影响,选取潮安韩江特大桥主桥(55+4×90+55)m为研究对象,该桥所有墩梁之间均采用双曲面摩擦摆支座。采用ANSYS有限元软件建立全桥模型,基于时程分析法研究了多种因素下桥梁结构的地震响应。研究表明,在纵桥向地震动激励下,桩土的相互作用对各桥墩墩底地震响应影响显著;栓钉全部剪断比栓钉全部不剪断的各桥墩墩底弯矩和剪力分布更均匀,桥墩上的固定支座栓钉不剪断将会增加该桥墩的弯矩、剪力以及支座剪力,但对其他桥墩的影响较小;该研究成果可应用于带栓钉的摩擦摆支座桥梁的地震响应分析。     

端点位移激励下斜拉索非线性振动计算方法研究

考虑拉索不同阶模态大幅振动之间的耦合效应,根据拉索的振动理论,详细地推导了单根拉索在端点位移激励下发生大幅振动时的非线性振动方程。根据某实际斜拉桥拉索参数,讨论了不同垂跨比对拉索振动特性的影响。使用四阶Runge-Kutta法求解拉索的非线性振动方程,通过对比有限元模型的非线性动力时程积分数值计算结果,验证了理论模型的可靠性与适用性。     

On the nonlinear dynamic buckling mechanism of autonomous dissipative/nondissipative discrete structural systems

Summary Nonlinear dynamic buckling of nonlinearly elastic dissipative/nondissipative multi-mass systems, mainly under step load of infinite duration, is studied in detail. These systems, under the same loading applied statically, experience a limit point instability. The analysis can be readily extended to the case of dynamic buckling under impact loading. Energy, topological and geometrical aspects for the total potential energyV, which is constrained to lie in a region of phase-space whereV0, allow conclusions to be drawn directly regarding dynamic buckling. Criteria leading to very good, approximate and lower/upper bound dynamic buckling estimates are readily established without solving the highly nonlinear set of equations of motion. The theory is illustrated with several analyses of a two-degree-of-freedom model.     

场地地震响应随机动力可靠性分析

本文针对地震响应的随机不确定性,将地震作用简化为随机过程,基于土体材料在随机动荷载作用下的破坏是各应力水平荷载产生损伤的累积结果,与荷载施加的先后次序无关,结合可靠度民随机振动理论。提出了运用累积损伤模型的地震响应动力可靠性分析法,并针对上海地区某地的软土地基,进行实列计算,比较了以累积损伤量评价地基动力破坏与其他的可靠度指标β值法,孔隙水压力比评价地基液化的计算结果,得到一些有意义的结论。     

考虑竖向地震作用的振动控制及其优化研究

目前,MRD结构的分析通常只考虑水平地震动而不考虑竖向地震动的影响,地面的水平运动和竖向运动具有相关性,从而影响控制效果．因此对双向地震耦合作用下MRD结构的理论进行研究,建立动力分析模型并得出运动微分方程．以8层MRD结构为例进行地震反应分析,研究表明,考虑和不考虑竖向地震作用,MRD对结构均有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在,使结构各层的层间位移峰值有不同程度的增加,其增量随着竖向地震作用的增加而增加,因此建议在高烈度地区的建筑物考虑竖向地震作用对结构的影响．建立MRD结构优化设计模型,采用IHGA程序对结构进行优化设计．结果表明, MRD结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好的控制．