可调节式挡水板在深水高桩码头中的减震效果

为研究水深度对高桩码头结构抗震性能的影响,明确地震作用下码头钢管桩的塑性发展与水深的关系,验证可调节式挡水板的减隔震效果,以典型钢管高桩码头为研究对象,使用ABAQUS软件建立直桩式高桩码头有限元模型,在不同类型及峰值加速度地震动作用下,通过设置挡水板并改变其倾斜角度,研究结构在远场长周期地震及直下型地震作用下挡水板调整的合理角度。研究结果表明：随水深增加,钢管桩码头在地震作用下的损伤程度也会随之增加,码头结构的抗震性能下降,设置挡水板可有效减小地震作用下结构的最大位移及钢管桩塑性率(最大曲率与屈服曲率的比值);对于远场长周期地震作用,应将挡水板角度调整为45°~60°之间,对于直下型地震作用,若对码头面板位移无严格限制,可将挡水板角度调整到0°~60°范围,此时钢管桩结构塑性率小于破坏塑性率,但结构位移值较大,若使结构位移减小,应将挡水板角度保持在45°~60°之间。     

不同桩基形式高桩码头地震动力损伤振动台试验研究

为研究不同地震动作用下钢管直桩与钢管斜桩高桩码头结构的动力反应特征及桩基结构震损模式,以某典型钢管桩基高桩码头为研究对象,基于相似准则,设计并开展了室内振动台试验研究。研究表明：远场地震动对直桩桩基码头结构的影响较大,而斜桩结构对近场地震动的激励更敏感。地震动作用下,直桩模型无明显损伤迹象;斜桩模型桩体在桩顶处发生断裂,且在固结泥面处发生了屈曲破坏。其破坏原因是：在持续强震荷载的作用下,伴随大变形的产生,大刚度斜桩结构承受了较大的地震作用,桩顶部弯矩瞬时急剧增大,致使斜桩发生断裂,导致结构的脆性破坏,属于非延性设计。基于以上研究,建议在地震动峰值加速度小于400Gal时可采用钢管斜桩高桩码头的结构形式。     

采用粘弹性连接改善高桩码头抗震性能分析

从以往高桩码头地震震害实例分析中不难发现,在地震动作用下,高桩码头破坏存在直桩节点破坏情况,致使码头板面整体支撑系统失效,码头台面倾覆宣告码头报废。试从改变直桩与横梁间的连接方式来提高高桩码头整体抗震能力,阐述粘弹性连接在高桩码头抗震方面的运用。     

大跨斜撑无柱地铁车站结构地震响应分析

为研究大跨斜撑无柱地铁车站地震响应特性,基于三维静-动力耦合非线性有限元模型,分析在不同地震动作用方向下的地震响应规律,揭示结构地震损伤演化过程。分析表明:设防地震和罕遇地震作用下车站结构的最大层间位移角分别为1/1 352和1/602,满足规范要求;地震作用对斜撑轴力、侧墙端部剪力和底板跨中弯矩的放大作用显著;随输入地震动强度的增加车站顶板加速度放大系数依次减小,竖向地震动对相对竖向位移的影响不可忽视;斜撑两端、墙板交界处和开窗周围区域是结构的抗震薄弱部位;强震作用下,车站结构塑形损伤积累且地震动空间效应显著,宜按空间问题进行抗震分析。研究成果可为类似结构的抗震设计与分析提供参考。     

离岸深水全直桩码头承载特性与简化计算方法

全直桩码头是一种新型高桩码头结构型式，在离岸深水海域得到越来越广泛的应用。该结构的承载机理、破坏模式及设计计算方法等与传统高桩码头结构存在较大差异，目前研究尚不完善。采用ABAQUS建立全直桩码头结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型，研究水平荷载作用下码头的承载变形特性及破坏模式。明确了对于水平荷载作用下的离岸深水全直桩码头，基桩的塑性破坏是结构失稳的控制因素，地基土体的承载力对结构水平极限承载力不起决定性作用。在此基础上，采用经典的P-y曲线，建立了全直桩码头水平向承载力简化计算方法。该方法可以计算出桩身任意位置的内力及变形，且适于大、小位移情况。并提出了以“塑性铰”作为简化计算方法中水平极限承载力的判断标准。通过与有限元计算结果进行对比，验证了所建立简化计算方法的正确性。     

深水港码头高承台桩土共同作用数值模拟分析

某深水港码头方案设计提出了3种结构形式:斜坡堤结构、单排斜顶桩板桩、双排斜顶桩板桩。本文采用平面弹塑性有限元法进行码头施工过程模拟,重点研究了码头平台沿水平方向位移、桩身轴力与弯矩分布,并选取了具有典型性的2个断面,持力层分别为微风化花岗岩层与粘土层,侧重进行了不同方案比较。计算结果很好地反映出了高承台桩基受力变形特点,并总结出高承台桩桩土共同作用变形的几点规律,可为同类工程的建设提供参考。     

液化场地群桩基础地震反应离心机试验及损伤数值模型研究

地基液化导致桩基础破坏是地震中建筑物和公共基础设施震害的主要原因。开展离心机振动台试验探究液化场地中直、斜群桩基础地震反应，并建立动静耦合边界非线性砂土液化大变形桩基塑性损伤有限元数值模型，进行地震作用下群桩基础的塑性反应分析。研究结果表明：地震作用下，地基土液化最先出现在群桩基础周围的地基土表面处，随着地震动峰值加速度的增大，液化范围逐渐向地基深处和桩基础两侧发展；群桩基础的动弯矩在桩底、地基土表面、承台嵌固位置较大；直群桩基础桩身变形较大位置出现在桩底部和地基土表面位置处，斜群桩变形较大位置则出现在桩身中间处；地基土超孔压比在地基浅层最大，并随输入地震动峰值增大而增大；地基土受地震动影响产生液化的同时，会在桩周20倍桩径范围内产生地基隆起，远桩区域产生地基震陷；地震作用下，直、斜群桩受压损伤较小，受拉损伤严重，0.3 g强震工况直、斜群桩桩底受拉破坏。     

独柱高架车站考虑桩土相互作用的抗震性能分析

采用双向线性弹簧模拟桩土相互作用,并考虑了结构P-Δ效应、材料塑性等非线性因素,用ABAQUS有限元分析软件,研究了独柱高架车站在设防烈度三向罕遇地震作用下的抗震性能。将其分析结果与假定基础为刚性的结构计算结果进行了对比分析。研究结果表明,考虑桩土相互作用对结构强轴和弱轴方向的响应有不同的影响,结构强轴方向的最大位移增加了100%,墩柱底剪力增加了20%,而结构弱轴方向的响应则与假定基础刚性时的计算结果基本相同。假定基础刚性时,尚处于弹性状态的端部楼梯间梁和站厅层轨道梁等关键受力构件,在考虑桩土作用时均进入塑性状态。根据分析结果,采取了加宽变形缝、增大墩柱配筋、加强关键受力构件等改进措施,以提高结构的抗震性能。分析还表明在现有条件下,双向线性弹簧仍是简便易行的分析桩土相互作用的有效方法,其计算结果可为结构设计提供针对性建议。     

多维地震对非对称地下空间结构反应影响分析

以一典型上层五跨和下层三跨的非对称地下空间结构为实际工程背景,同时考虑到土-结构相互作用效应,设计了水平向输入地震动、水平向及竖向联合输入地震动两类工况,采用通用有限元软件ABAQUS对该复杂地下空间结构的抗震性能与损伤情况开展了研究,研究成果揭示了非对称地下空间结构在地震作用下的薄弱部位和损伤水准,为此类结构的抗震设计与分析提供合理的参考。     

某三角形平面超限高层建筑结构动力弹塑性分析

大连绿地中心建筑高度518m,为超B级高度建筑,其结构平面采用带弧形切角的等边三角形,为巨型框架+核心筒+伸臂桁架结构体系,6根巨型钢骨混凝土柱位于结构平面的六个角部。采用ABAQUS软件对其进行动力弹塑性分析,研究在预估罕遇地震作用下,分别沿水平轴和第一阶振型平动方向输入地震动时,结构的非线性动力响应,并给出定量评价,包括结构变形特征、楼层剪力、倾覆力矩和剪力墙塑性损伤等。结果表明,与普通矩形平面相比,沿多角度输入地震动进行弹塑性分析,能够有效反映结构的薄弱部位,并为改善结构抗震性能提供有利的参考意见。     

地震动速度脉冲对不同高宽比基础隔震结构抗震性能的影响

为研究近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构地震反应的影响,建立了不同高宽比的传统抗震及基础隔震框架结构有限元模型,选取了6条具有向前方向性效应和滑冲效应速度脉冲的实际近断层强震记录作为结构基础输入地震动,对8个模型进行了非线性动力时程分析,对比分析了传统抗震及基础隔震框架结构模型的层间位移角、支座位移和基底剪力等反应。结果表明：在近断层速度脉冲型地震动作用下,随着结构高宽比的增加,基础隔震结构的层间位移角和基底最大剪力逐渐增加,而隔震支座位移有先增大后减小的趋势,且随着地震动峰值速度与峰值加速度比值的增大,隔震支座位移也逐步增大;基础隔震对高宽比小于3的结构具有较好的减震效果,且高宽比越小其减震效果越好,但是当结构高宽比为4时,基础隔震效果较差;近断层地震动的速度脉冲对基础隔震结构底部楼层的不利影响会导致结构出现倒塌破坏。     

考虑多维地震作用的高耸钢筋混凝土烟囱结构易损性分析

竖向地震作用对高耸烟囱结构动力响应有不可忽略的影响。选用240m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,考虑结构损伤,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立相应的非线性有限元分析模型。为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择20条合理地震动记录,进行增量动力分析。输入的地震动分别为一维、二维、三维。分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,结合增量动力分析获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算易损性曲线。通过钢筋和混凝土的材料应变定义四个损伤状态限值,最终得到在不同维数地震动输入时高耸钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线和倒塌概率曲线。研究结果表明,考虑多维地震作用比只考虑一维地震作用时高耸烟囱的结构易损性和倒塌概率增大。     

地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理

通过非液化和液化土层中桩基础宏观震害现象以及等幅波与真实地震波振动台模型实验中桩和土层的加速度、位移、桩土相互作用力、桩动力p-y曲线、桩身弯矩与孔压发展过程对比,研究地震引起的地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理.结果表明:非液化土层中上部结构惯性力控制着桩的反应性态,桩头加速度和桩身弯矩与土层加速度时程基本保持一致;液化过程中桩土相互作用力呈现明显增大现象,土体侧向刚度虽然衰减,但同时土层相对位移和桩土相对位移增大的影响更为强烈,即土层和桩土相对位移对桩土相互作用力增大的作用明显大于土体刚度衰减引起桩土相互作用力减小的作用;液化土层中桩土相互作用最大反应不是在土层加速度峰值时刻,而是土体相对位移达到最大时响应最大,此时土层孔压比为0.8左右;非液化土层中桩土相互关系为桩推土,惯性力是控制因素,液化土层中则为土推桩,土体位移起主要作用,而液化发展是这一转变决定性因素;常规仅考虑土体刚度衰减的拟静力方法不适合液化土层中桩基础地震响应计算分析.     

Large‐scale shaking table test on pile‐soil‐structure interaction on soft soils

The two large‐scale shaking table tests of tall buildings on soft soils in pile group foundations are performed to capture the effect of the seismic pile‐soil‐structure interaction (PSSI) on the dynamic responses of the pile, soil, and structure. The two different model conditions are observed, including a fixed‐base structure and a structure supported by 3‐by‐3 pile group foundation in soft soil, representing the situations excluding the soil‐structure interaction (SSI) and considering the SSI, respectively. In the tests, the superstructure is a tall building with 12‐story reinforced concrete frame. The pile‐soil‐structure system rests in a shear laminar soil container, which is designed to minimize the boundary effects during shaking table tests. The two models are subjected to various intensity seismic excitations of Shanghai bedrock waves, 1995 Kobe earthquake, and 1999 Chi‐Chi earthquake events. According to the experimental and analytical results, SSI systems have longer natural periods than the fixed‐base structure. In addition, soft soil has amplification effect under smaller seismic excitations and isolation effects under larger earthquake intensities. The strain amplitude at the top of pile is large, and the strain at the middle and tip is relatively small. Whereas the contact pressure is small at the top of pile and large at the middle and tip. From the dynamic responses of the superstructure, it is found that the PSSI amplifies the peak displacements and interstory drifts of the structures supported by pile group foundations by comparing with the fixed‐base structure. Whereas the peak acceleration and interstory shear force of the structure are reduced considering seismic PSSI. The results show that the seismic SSI is not always favorable, however, it may increase certain dynamic responses of the structure. Consequently, the seismic SSI should be considered reasonably, providing insight towards the rational seismic design of buildings rested on soft soils.     

地裂缝场地地铁车站动力响应振动台试验研究

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全.通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律.试验结果表明:模型土在临近地裂缝的一定范围内地震响应较大,且距地裂缝相同距离处,上盘的加速度响应整体上大于下盘;地裂缝场地地铁...     

地震作用下含倾斜软弱夹层边坡内群桩的弯曲变形研究

 针对含软弱夹层边坡场地中的群桩基础,设计并完成50 g超重力离心振动台模型试验,探讨群桩结构的弯矩分布特性和弯曲变形模式,以及场地内部变形和上部结构惯性力对群桩基础的影响。试验结果表明：地震作用下,上部结构的惯性力控制了群桩的弯曲变形,影响范围从桩顶向下为桩长的26%～28%;群桩的弯曲变形形态从整体协调变形角度可分为一致型和非一致型、有拐点型和无拐点型、平行型和非平行型;场地中倾斜软弱夹层对场地内加速度放大系数的影响与输入加速度峰值有关,随着输入加速度峰值的增大,该软弱夹层内部的放大系数呈非线性增长;此外,该上部结构与场地表面的动力响应存在明显差异,且其会随地震强度增加呈非线性扩大趋势,当输入加速度峰值≥0.25 g时会出现成倍突增现象。     

斜桩的承载能力分析

斜桩以及由斜桩组成的群桩主要应用于桥梁、深水港区和大型输电线路基础等。文章以斜桩作为研究对象,从斜桩承载力影响因素研究单斜桩工作特性。主要得到以下一些结论:1)竖向荷载作用下,随着桩身倾斜度、地面荷载、土质不均匀程度增大,斜桩的沉降量相应增大;2)结合斜桩刚度及斜桩基础形式综合考虑,中等刚性负斜桩的水平承载能力较好;随土体位移层厚度的增加,桩身主动侧部分的土抗力逐渐减小。     

地震作用下损伤RC框架抗竖向倒塌分析

为了研究存在损伤支撑构件的钢筋混凝土框架结构在地震作用下的竖向连续倒塌性能,从美国太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中选取了3条远场地震波、4条近场地震波以及1条人工地震波作为地震输入,利用等效轴力变化模拟损伤柱失效过程,基于OpenSees有限元分析平台,采用时程分析法对中柱在地震作用下逐渐失效的平面框架结构的抗竖向倒塌性能进行了分析。结果表明:在8度罕遇地震(加速度峰值为0.4g,g为重力加速度)作用下,损伤柱快速失效,在相同的失效时间下,竖向加速度峰值与地震波总能量竖向分量能显著增加结构竖向响应,从而加大结构的竖向倒塌风险; 相对于不考虑地震作用时,考虑地震作用的中柱竖向位移峰值和中柱相邻梁端受拉钢筋应变峰值都明显增大; 随着中柱失效时间的增大,动力效应的影响逐渐减弱,地震作用对剩余结构的影响逐渐减小。