桩-土-结构相互作用对高层建筑顺风向风振响应的影响

推导了高层建筑在脉动风荷载作用下考虑桩-土-结构相互作用时其顺风向风振响应的计算公式，通过算例说明桩-土-结构相互作用对结构顺风向风振响应有明显的影响。一般而言，在结构的风振响应分析中，考虑相互作用并不总是安全的，在土中阻尼较小时，考虑相互作用后，结构弹性位移有可能会大于刚性地基的弹性位移，而结构总响应的幅值总是大于刚性基础时响应的幅值，结构越是高柔，该现象越为明显，考虑了桩-土-结构相互作用后有可能增加结构风振时的不舒适度。因此，在高层建筑的风振响应分析中应当综合考虑桩-土-结构相互作用的影响。     

考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应研究

层间隔震结构是从基础隔震结构发展而来的一种新型隔震体系,近年来成为防灾减灾领域的研究热点之一。本文采用有限元软件ABAQUS建立了层间隔震结构三维整体空间模型,考虑地基土-基础-上部结构的共同作用(SSI),进行地震作用下的非线性动力响应分析。研究了考虑SSI前后的层间隔震结构体系振动特性及动力响应,通过改变基础底部不同土层性质、不同基础埋置深度对比分析,探讨各参数的影响规律。结果表明:不考虑SSI的层间隔震结构基底剪力、各层位移明显大于考虑SSI的情况;基底采用硬土层时的基底剪力、各层位移大于采用软土层时的情况;埋置较深的基础相比埋置较浅基础的基底剪力、各层位移均增大。     

土-结构动力相互作用对基础隔震结构的影响

基础隔震结构作为一种有效的被动控制方式,已经被广泛用于建筑结构、桥梁、核电站等工程领域中。现有规范在对其进行理论分析时通常沿用刚性地基假定,忽略土-结构相互作用(SSI);实际上结构物如果不考虑SSI会给其动力特性及地震反应的计算带来较大失真;因而有必要研究SSI对基础隔震结构的影响。视地基为均匀、各向同性的弹性半空间,采用弹簧-阻尼系统对其进行模拟;运用ANSYS有限元分析软件建立结构三维有限元模型,对不同场地类别下结构的动力特性进行了分析,研究了考虑SSI时结构的地震响应。结果表明,考虑SSI时结构的动力特性、地震响应均会受到不同程度的影响。     

考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑风振响应分析(Ⅱ)

对考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑顺风向风振响应的计算问题而言,由于桩土系统的影响,整个结构体系的动力特性较刚性地基的情形有了很大的不同。考虑到影响高层建筑风振响应的参数往往是综合性的,而非单参数的影响,采用相对刚度这一参数,对桩—土—结构相互作用时对结构顺风向风振响应的影响进行了研究,所得结论可供设计时参考。     

考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑风振响应分析(Ⅰ)

对考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑顺风向风振响应的计算问题而言,由于桩土系统的影响,整个结构体系的动力特性较刚性地基的情形有了很大的不同.考虑到影响高层建筑风振响应的参数往往是综合性的,而非单参数的影响,采用相对刚度这一参数,对桩-土-结构相互作用时对结构顺风向风振响应的影响进行了研究,所得结论可供设计时参考.     

长周期地震动下软土地基的偏心基础隔震结构振动台试验研究

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈,且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大,而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应,极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响,对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后,周期延长比低于刚性地基结构体系,使减震效果下降;SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应,但在隔震层会出现较大扭转角;与普通地震动相比,远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大,隔震层位移可能超限,总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全,应考虑SSI效应后进行结构设计,且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

Shaking table test of eccentric base-isolated structure on soft soil foundation under long-period ground motion

远场长周期地震动使基础隔震结构地震响应强烈，且软土地基-结构相互作用（SSI效应）使隔震结构地震响应更大，而偏心基础隔震结构在双向水平地震作用下将发生扭转效应，极易导致隔震层位移增加。为研究远场长周期地震动下软土地基SSI效应对偏心基础隔震结构地震响应规律及减震效果的影响，对高宽比为3的4层荷载偏心钢结构缩尺模型进行刚性、软土地基上的双向振动台试验。结果表明:软土地基上结构采用隔震技术后，周期延长比低于刚性地基结构体系，使减震效果下降；SSI效应在一定程度上会降低结构层间扭转响应，但在隔震层会出现较大扭转角；与普通地震动相比，远场长周期地震动下SSI效应对隔震结构响应影响程度更大，隔震层位移可能超限，总体减震效果较差。建议为保证软土地基上基础隔震结构的安全，应考虑SSI效应后进行结构设计，且远场长周期地震动的不利影响不可忽视。     

考虑SSI效应的特高压输电塔风振响应分析

在地震作用下考虑土-结相互作用(SSI)效应对输电塔结构影响的研究已经比较成熟,而在风荷载作用下考虑SSI效应对输电塔结构影响的研究还相对较少。以一座特高压直流线路直线塔为例,建立了输电塔-基础-地基的完整数值模型,分析了风荷载作用下不同阻尼比和刚度的地基土对上部输电塔结构响应的影响。结果表明,地基土阻尼比较小时,考虑SSI效应后上部结构的响应增大;地基土阻尼比越大,上部结构加速度风振响应越小,而上部结构位移响应基本没有变化;地基土刚度越小,上部结构的加速度和位移响应越大。总体来说,SSI效应对输电塔结构不利。     

土—结构相互作用对高层结构地震响应的影响

钢筋砼框架结构的地震响应分析一直是高层结构设计的重点。文章基于地震波传播的等效线性化理论及土体结构的粘弹性人工边界理论，研究分析了土-结构相互作用对高层结构地震响应的影响。较不考虑相互作用而言，考虑相互作用时，高层结构自振周期有显著的增长。土-结构相互作用有利于减小高层结构的位移及内力响应。在进行无地下室高层结构设计分析时不考虑相互作用(即将计算模型嵌固端取为结构首层地面)是安全合理的。     

土-结构相互作用对隔震体系的影响

为研究地基-结构相互作用效应对基础隔震结构隔震效果的影响,以多层带地下室的基础隔震平面框架为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件建立二维有限元模型,采用黏弹性人工边界来模拟无限域介质对计算区域的影响,利用等效荷载波动输入方法来实现地震波作用下人工边界上的波动输入,通过对不同场地类别下结构的动力特性进行分析,研究了考虑SSI时结构的地震响应。结果表明,考虑SSI效应会减小结构的自振频率,增大结构的动力响应,场地土较软时尤其显著;考虑SSI效应能减小隔震层相对于基底的位移量;软弱地基会降低隔震效果。     

SSI效应对隔震结构的地震响应及损伤影响分析

基于弹性地基梁理论和波动理论计算群桩-土地基对上部结构的动力阻抗,进而研究桩土-结构动力相互作用对高层隔震结构地震响应及非线性损伤的影响。首先计算桩周地基水平刚度系数,采用改良的Penzien模型将群桩等效为单桩,考虑一定桩长范围计算桩头的水平刚度,同时根据结构振动频率与地基基本频率的大小关系,考虑地基材料阻尼和辐射阻尼的影响。以某高层隔震工程为例,根据实际桩布置及土层分布情况计算地基阻抗,利用等效线性化模型对结构进行反应谱分析,计算结构隔震前后SSI效应对其动力响应的影响,再利用三维非线性损伤模型分析SSI效应对结构主要构件损伤的影响。计算结果表明,随着结构层数的增加,SSI效应的影响减小,考虑SSI效应会使隔震层位移和隔震支座面压利用率提高,而对隔震层上部结构的层间位移基本没有影响;考虑SSI效应后结构连梁的损伤减小,而框架柱和剪力墙这些竖向构件损伤增加;长周期地震动作用下结构的SSI效应更显著。     

膜结构风振响应中的流固耦合效应研究进展

对膜结构风振响应中的流固耦合效应进行了探讨,介绍了解决该问题的两种思路:简化气弹模型方法和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法。简化气弹模型方法是先将流固耦合效应用附加质量和气动阻尼的形式来表达,再通过某些近似解析理论和气弹模型风洞试验来确定附加质量和气动阻尼的大小。计算流体力学数值模拟方法则是将计算流体力学技术和计算结构力学技术整合在一个有限元程序中,通过数值模拟得到结构流固耦合响应的全过程信息。基于这两种方法,开展了相应的理论推导、风洞试验和数值模拟工作,获得了关于风与膜结构相互作用机理的一些初步认识。最后提出了一种具有操作性的简化数值分析方法并给出了算例。研究结果表明:流固耦合效应对结构风振响应的影响在多数情况下是有利的,即考虑流固耦合效应的风振响应分析结果要比不考虑流固耦合时小30%左右,但也不排除在某些特殊情况下因出现气弹失稳而导致结构异常破坏的可能性。     

考虑SSI效应及支座转动的隔震体系性能研究

土-结构相互作用对结构的地震反应有着重要的影响。隔震支座竖向变形引起的隔震层转动会加剧上部结构的摇摆,进而放大结构的地震响应。提出基于Timoshenko理论的考虑SSI效应及隔震层转动影响的隔震结构通用计算模型,推导并求解结构运动方程,采用虚拟激励法进行随机响应分析,进一步研究隔震层转动刚度、土体参数等对隔震结构地震响应的影响规律。分析表明：SSI效应降低了隔震效果,其对隔震结构楼层转角位移放大的影响与土-结构刚度比有关。隔震层转动刚度变化对隔震结构顶层加速度、基底倾覆力矩等影响较小,但对结构楼层转角位移有较大影响,隔震层转动刚度取值较小时,上部结构楼层转角甚至会出现大于抗震结构的情况。     

Assessment of SSI on the longitudinal seismic response short span bridges

Current practice usually neglects the effects of soil-structure interaction (SSI) in the seismic analysis and design of bridges. This work attempts to assess the significance of SSI on the seismic response of short span bridges. The focus is placed on pier behaviour, since piers together with the abutments are the most critical elements in securing the integrity of bridge superstructures during earthquakes.

The study is based on a simple representation of a soil-bridge pier system, yet one able to capture the effects of the most significant physical parameters. It has been found that SSI greatly affects the dynamic behaviour of bridge piers leading to more flexible systems, increased damping and larger total displacements. Besides a thorough investigation of the relative significance of various physical parameters of the system response, an easy-to-use approach that can be incorporated for a preliminary design of bridges concurrent with the AASHTO specifications is presented. The study concludes that safer and more economical bridge designs can be obtained by properly accounting for SSI.     

通廊钢结构风振系数分析

通廊钢结构由于质量和外形有突变,故无法通过现有规范计算其风振系数.采用随机振动理论算得通廊结构的风振系数,结果表明支架风振系数可达2.0左右,通廊风振系数基本在1.3以下.最后,经过对通廊钢结构自身特点的分析,得到支架的风振系数均可按GB 50009- 2001《建筑结构荷载规范》计算,通廊本身的风振系数,封闭式可取1...     

Effects of soil–pile interaction on the response of bridge pier to barge collision using energy distribution method

Abstract

In this paper, the effects of soil–structure interaction (SSI) on the response of a girder bridge pier is evaluated by assessing the energy distributions in the barge–pier collision system. The finite-element models of two example piers of St. George Island Causeway Bridge, which have different structural and geometrical characteristics, are developed in LS-DYNA software to simulate the barge–pier collision scenarios. By comparing the energy distribution results among the barge and pier components, it is obtained that barge bow component has greater value of the internal energy contribution than pier components in the barge collision with more stiff pier. While, in the barge collision with more flexible pier, the pier components including the pier structure, piles and SSI have more internal energy contributions than the barge component. In addition, From the comparison of energy absorbed by the pier structure between the cases with and without SSI, it is found that the effect of the substructure and its relevant SSI on the response of the more flexible pier affected by the produced large deformations and relative displacements of the pier substructure, is more than that of stiff pier which displaces with semi-rigid and global deflections.     

土-结构相互作用对双塔连体结构的地震反应分析

利用ANSYS程序建立了考虑和不考虑土-结构相互作用的双塔连体结构三维有限元分析模型,对水平地震作用下的这两个模型进行对比分析。计算结果表明:在考虑土-结构相互作用后,结构的地震反应如自振周期、位移、地震剪力都受到明显的影响,应予以重视。     

基于一致耦合法某大型博物馆结构风致响应精细化研究

针对传统三分量方法中采用SRSS组合背景分量和共振分量获得脉动风总响应的局限,在结构动力学和随机振动理论基础上,推导出结构脉动风总响应的实际理论组合计算式,提出用于补偿背景分量和共振分量之间耦合项的一致耦合法来求解结构的风致响应。该方法从理论上适用于任一复杂柔性结构的风致响应精细化分析。以某大型自然博物馆柔性钢结构为例,采用一致耦合法以及改进的三分量方法进行风致响应计算,并与全模态完全二次型（CQC）法计算结果进行对比分析,结果表明：背景、共振及其交叉项分量均需考虑,其中又以共振分量为主导,并且共振模态之间的耦合效应显著,背景和共振分量之间的交叉项也不能忽略。一致耦合法具有较高的精度和稳定性,是此类结构风振响应机理分析的有效方法。