基于小波包能量的地基土对框筒结构地震损伤影响试验研究

为获得地基土对高层框筒结构地震响应的影响,建立了固定基础体系和土-结构相互作用体系两种振动台试验模型。通过振动台试验,获得了两种试验模型在不同烈度地震作用下各楼层的加速度时程,以及地震前后白噪声扫频数据;首次从小波包能量角度出发,对比分析了两种试验模型在不同工况作用下上部结构的能量分布、振动基频变化以及易损伤部位的差别;研究结果表明:相比刚性基础体系,地基土能够显著降低上部结构所吸收的地震能量和振动基频,改变结构的能量分布和易损部位;研究成果可为高层框筒结构的抗震性能研究提供参考。     

土-相邻结构相互作用子结构振动台试验研究

以土-相邻结构体系和土-单体结构体系为研究对象,依托振动台并融合子结构试验技术,通过在试验中引入分支模态方法,利用多子结构间的相互作用耦合项把地基子结构的数值计算和上部模型结构的物理试验联系起来协同分析,实现了考虑土-相邻结构相互作用(SASI)效应和土-结构相互作用(SSI)效应的子结构振动台试验。以由两个相同四层钢框架结构与地基土组成的土-相邻结构体系为例,讨论了模型结构的加速度放大系数在各地震动作用下的变化规律;对比分析了土-单体结构体系和土-相邻结构体系中模型结构的顶层位移、加速度和底部剪力,研究了SASI效应对结构动力反应的影响规律。研究表明:与土-单体结构体系相比,SASI效应使结构的地震响应峰值呈现出不同程度的下降趋势,其影响程度和地震波的频谱成分组成以及体系自身的动力特性有关。     

长周期地震动下软夹层地基的层间隔震结构振动台试验研究

长周期地震动易使隔震结构地震响应强烈,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后隔震结构可能更不利。为探究长周期地震动下软弱夹层地基SSI效应对层间隔震结构的动力响应规律及减震性能的影响,开展刚性、软夹层地基上大底盘单塔楼层间隔震结构的数值模拟和振动台试验。结果表明：考虑SSI效应后结构的自振周期较刚性地基增大,但采用隔震技术后延长的周期倍数降低;软夹层地基对输入地震动具有明显放大和滤波效应,与地震动的峰值和频谱特性相关;SSI效应对层间隔震结构的地震响应以放大作用为主,对下部底盘和隔震层的影响较大;考虑SSI效应后长周期地震动下隔震结构的地震响应较普通地震动更为强烈,减震效果变差,特别是近场脉冲地震动下隔震层位移超限,体系发生失效破坏。     

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63～1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51～0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。     

考虑土-结相互作用的黏滞阻尼器减震结构振动台试验研究

通过对黏滞阻尼器消能减震钢框架结构模型在刚性地基和群桩地基条件下进行对比振动台试验,研究土-结动力相互作用(SSI)对阻尼器减震效果的影响。根据量纲分析法确定了试验模型与原型的相似关系。采用粉质黏土作为试验用土,采用叠层剪切型土箱以减轻边界的影响。上部结构为5层钢框架,消能元件为黏滞阻尼器。通过振动台试验获取了不同地震输入下减震结构及非减震结构在不同基础条件下的动力特性、楼层加速度及位移的地震反应数据。对于桩基础模型,测量了桩身应变及桩土接触面的压力值。试验结果表明:对于非减震结构,SSI效应使结构体系的阻尼比有较大的提高,而对于减震结构,SSI效应对结构体系的阻尼比影响则不大;SSI效应对结构楼层加速度反应具有显著的影响,其对上部结构地震反应的主要影响体现为减震效应,且随着地震输入量级的增大,减震效应愈大,群桩基础上阻尼器的减震效率与刚性地基相比具有较大程度的下降;对于桩基础结构,阻尼器在降低上部结构反应的同时,减小了桩基础的地震反应,上部结构和基础两个方面的安全性都得到了提高。     

建筑数量对土-剪力墙结构建筑群动力相互作用的影响

在已完成的土与建筑群动力相互作用振动台试验的基础上,采用有限元方法进行参数分析,研究群效应对结构动力响应的影响。上部结构取为剪力墙,运用ANSYS有限元软件建立了土与建筑群相互作用的有限元模型,模型中运用Davidenkov模拟土体动力非线性。通过调整建筑物数量和布置方式,设置土与3栋建筑、土与5栋建筑、土与7栋建筑三个土-高层剪力墙结构建筑模型,将这三个模型分别与土与单栋建筑的有限元模型进行对比分析。结果表明:当上部建筑群主要沿振动方向布置时,将原剪力墙建筑群中平行于振动方向建筑数量增加后,建筑群群效应会有所增大,并且平行于振动方向的建筑受群效应影响较大;就层间位移对其进行机理分析,结果显示,当受到地震激励时,由于上部建筑的桩基与周围土体两种材料的弹性模量存在着巨大差异,会直接增大上部结构的层间位移,且沿振动方向的周边结构层间位移会大于中央区域结构。     

软土地基上土-高层建筑群体系对高层建筑影响的试验研究

在软土地基上,城市密集的高层建筑群间通过场地土将产生动力相互影响。为研究土与高层建筑群间动力相互作用对高层建筑动力响应的影响,设计了两组对比试验,一组为建筑群振动台试验,另一组为单个建筑振动台试验。试验结果表明:在软土地基上,土与高层建筑群间存在明显的动力相互作用,建筑群间的动力相互作用加剧了建筑物的破坏,并使得高层建筑的加速度减小,且影响程度与输入的地震波特性有关;在两种波的激励作用下,相互作用对速度的影响是一致的,减少了短周期结构的速度,对长周期结构的影响则与输入的地震峰值相关;相互作用对短周期结构的位移影响很小,而对长周期结构的位移影响较大。     

受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究

为了研究在上部结构存在下隧道与土体的地震响应规律,以地表建筑结构和地下上下平行隧道体系为背景,在软土场地上进行了隧道-土-相邻上部结构体系振动台试验。先介绍了整体试验的概况,包括振动台性能和模型材料,模型各物理量的动力相似关系,模型结构的尺寸,并参照已有研究选定了模型箱内部的边界条件,模型中传感器的位置以及适合该场地的地震波和加载制度。然后,分别从加速度和变形两方面对上下平行隧道与土的地震响应进行分析。在上部结构存在条件下,试验数据表明:①土体加速度峰值沿深度整体自下而上增大,隧道上部土体的加速度增大明显,随着输入加速度峰值的增大,土体的加速度放大系数减小;②在地震波作用下,上隧道的加速度反应大于下隧道,且上隧道的拱腰、拱脚部分与下隧道的拱肩、拱脚部分应变峰值最大。     

土体-博物馆-展柜-文物全系统中地震传递规律研究EI北大核心CSCD

为得到作用在文物上真实的地震动特性,建立土体-博物馆-展柜-文物全系统模型和刚性地基(博物馆-展柜-文物)全系统模型,选取3条地震波调幅进行时程分析,通过加速度、位移和文物转角等参数分析考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)的影响。以Ⅱ类场地为例,分析考虑土-结构相互作用下从土体到文物的震动传递规律,为判别文物在地震作用下的安全性提供更加准确的数据支持。结果表明:对结构而言,考虑SSI使算出的地震响应偏小。对展柜和文物而言,小震下考虑SSI使算出的地震响应偏小。但在中震和大震作用下,考虑SSI效应时展柜和文物的响应存在较多比刚性地基响应大的情况。基于保护文物的角度,在地震分析尤其是大震分析时应考虑SSI的影响。对Ⅱ类场地和4层钢筋混凝土框架结构,考虑SSI影响,在地震波从土体传递到文物这一过程中,大震下结构进入塑性,文物的动力放大系数最大值为5.70(含土体、结构、展柜的动力放大系数),最大滑移量129.69 mm,出现倾覆现象。各个传递环节频谱成分均有一定差别,结构、展柜及文物都会对地震波频谱产生影响,分析时应将每部分的影响都考虑进去。     

长周期地面运动和SSI效应对风机动力响应的影响

针对建设在软土地基上的大功率风机结构,需要同时考虑长周期地面运动和土-结构相互作用(SSI)的影响。为了全面研究长周期地面运动和SSI效应对风机塔筒结构动力响应的影响,首先基于某1.25 MW变桨距风机结构建立了包含叶片、机舱、塔筒和基础的结构整体有限元模型,并进行了模态分析。其次在世界地震记录数据库中选择了1条普通波(EI-Cento波)和2条长周期波(HKD054波和CDAO波),并对两种波的时频特性进行对比分析,同时建立了考虑与不考虑SSI效应的对比模型。最后利用ANSYS软件并采用时程分析法对考虑与不考虑SSI效应的风机结构在两类地震波作用下的地震响应进行对比分析,并对叶片与塔筒的碰撞问题、门洞区域的应力集中、机舱内主轴在剪力作用下的破坏以及基础的失效问题进行了进一步的研究。结果表明:长周期地震作用下的风机结构位移、加速度、应力和内力响应值均大于普通波作用下的结果,在此基础上某些响应甚至会被SSI效应进一步放大。因此在风机结构的抗震设计中需要考虑长周期地震作用和SSI响应的影响,特别是在软土地基区域。另外,塔筒与门框连接区域、机舱内主轴和基础等薄弱区域需要适当加强。     

不同土层条件下斜直交替群桩-土-结构地震响应特性研究

为研究地震作用下斜直交替群桩-土-结构特性,采用El Centro地震波作为动荷载,FLAC3D软件为研究工具,分别针对黏土-砂土、黏土-砂土-黏土中建立了数值模型并对这两种工况下土层加速度、桩基受力与位移、上部结构位移等进行了分析。研究结果表明:砂土层对加速度峰值的放大作用比黏土层大,砂土层中加速度峰值比动力荷载峰值的出现时刻明显滞后;弯矩最大值均出现在桩与承台交界处;三层土模型的斜桩最大弯矩比两层土模型小。不同模型之间直桩弯矩的差别较小,桩端土层的构造对桩身弯矩的影响较大,桩端非液化黏土层的嵌固作用能够显著减小斜桩桩身最大弯矩。斜桩与直桩的水平位移基本相同,桩端非液化土层的存在对斜桩竖向位移具有显著影响并对桥墩顶部水平位移具有减缓作用。     

基础滑移隔震结构双向地震反应分析

通过对滑移摩擦支座摩擦力双向耦合性能的模拟,采用基础隔震结构动力分析程序DABIS对基础滑移隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分析,分析表明在双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时的支座最大位移,因而在确定支座最大位移时应考虑双向地震作用的影响。     

平面不规则复杂超限结构振动台试验研究

以实际工程为背景,对平面不规则复杂超限结构进行地震模拟振动台试验研究,量测模型结构动力特性、阻尼比及其在不同水准地震作用下加速度、位移等动力反应,研究结构破坏机理及模式。试验结果表明,模型结构X方向经历7°多遇及基本烈度地震后基本保持弹性状态。结构X向一阶自振频率为5.610 Hz,阻尼比2.995%;Y向一阶自振频率5.484 Hz,阻尼比2.478%,随加速度幅值的增加自振频率逐渐降低,阻尼比提高;罕遇地震作用后模型结构Y向自振频率较震前下降约15%,阻尼比提高至6.531%,7°多遇地震下结构X、Y向最大层间位移角分别为1/1071,1/799,罕遇地震下结构最大层间位移角为1/120,均满足规范要求。多遇地震Kobe波激励下结构上部楼层最大位移比达1.331,存在一定扭转不规则,但程度较小。试验表明原型结构设计基本合理,整体抗震性能较好。并对原型结构设计提出建议。     

土与一般平面不对称结构地震动力相互作用研究

为更精确分析结构各层质量中心偏心对结构平移-扭转耦合地震响应影响,提出分析土与一般质量偏心结构地震动力相互作用的基本框架。用极坐标建立双向地震作用下两层一般平面不对称结构（GAS）（六个自由度）动力方程;用五个自由度土阻抗函数表征土与一般平面不对称结构相互作用;建立土与一般平面不对称结构相互作用（SGASI）动力方程。用SGASI系统标准化均方根位移与加速度分析地震动力的相互作用。通过设置不同质量偏心位置,数值研究在双向地震作用下,考虑土与结构相互作用的单轴、非同轴质量偏心对结构平-扭耦合地震响应影响。     

非平整曲面隔震结构的双自由度动力模型及地震响应研究

针对强地震作用下隔震结构隔震层变形过大的现象提出了曲面隔震结构体系,该结构隔震层为曲面布置,在地震作用和结构重力作用下上部结构可绕曲率中心进行曲面运动。建立了非平整曲面隔震结构双自由度动力分析模型,通过数值分析进一步研究非平整曲面隔震层的曲率半径对结构地震响应、受力特性的影响规律,确定非平整隔震层的合理曲率半径。采用钢框架模型结构进行了曲面隔震结构的地震模拟振动台试验,试验结果表明,非平整曲面隔震结构相比于普通隔震结构,上部结构加速度平均放大幅度略有增大,曲面隔震支座具有良好的滞回耗能能力,实现了隔震层位移响应和上部结构位移响应的有效控制。     

软夹层地基上多层隔震结构模型振动台试验研究

基于软夹层地基和刚性地基上多层隔震结构体系地震反应的振动台模型试验,研究软夹层地基上隔震结构体系的动力特性、地基地震反应特性、上部结构加速度反应特征,分析基础与隔震层的转动效应及其对隔震效果的影响。试验结果表明:软夹层地基对地震动输入起明显的削弱作用;软夹层地基上SSI效应对隔震结构动力特性影响较大,SSI效应降低了隔震结构体系的一阶自振频率,显著增大了体系的阻尼比;软夹层地基上SSI效应使隔震结构基础及隔震层产生转动反应,隔震层对基础转动角加速度反应有一定的放大作用,与输入地震动的特性有关;软夹层地基上SSI效应可增大也可能减小隔震结构上部结构的地震反应,隔震效果与隔震层转动效应的强弱密切相关,隔震层转动效应显著时,隔震结构楼层加速度峰值放大系数增大,隔震效果降低,而隔震层转动效应减弱时,楼层加速度峰值放大系数与刚性地基时相似,隔震效果较好。     

黄土与地铁车站动力相互作用模型的水平位移及沉降分析EI北大核心CSCD

在黄土场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。基于实测数据对黄土与地铁车站接触动土压力、模型地基竖向沉降及水平位移进行分析,对试验中模型地基地震破坏特点进行描述。结果表明:结构侧面顶部动土压力大于中部和下部,随输入峰值加速度的增大结构侧面土压力均增大;地震动较大时,地基层间剪切位移呈现顶部最大,底部次之,中部最小;地表沉降随输入峰值加速度的增加而增大,西安人工波作用下地表沉降大于松潘波和Taft波作用下沉降;结构上方地表沉降始终小于周围土层,表明结构发生相对上升运动;分析发现,结构顶、底动土压力差提供结构上升运动的内在动力。回归分析表明,地基水平相对位移与土层深度可用三次多项式拟合,两者之间具有较好的相关性。     

实心结构古塔模型频域地震响应试验研究

为研究地震作用下实心结构砖石古塔的频域地震响应与破坏机制,进行了兴教寺玄奘塔1/8比例模型振动台试验,观察结构的破坏特征,测试结构的加速度与位移反应并分析自振频率的变化特征,对比单向EL-Centro波与天津波作用下的加速度及位移频域响应曲线,分析了古塔结构频域地震响应的规律及其影响因素。结果表明:地震波激励下古塔结构模型第1层至第3层出现水平及斜向裂缝,当古塔结构发生地震损伤后,自振频率随之降低;古塔频域地震响应峰值的分布及其所对应的频率与结构的动力特性、地震波的频谱特性有关。因此,地震作用下实心砖石古塔结构频域地震响应与结构损伤程度密切相关。     

黄土与地铁车站动力相互作用模型的水平位移及沉降分析

在黄土场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。基于实测数据对黄土与地铁车站接触动土压力、模型地基竖向沉降及水平位移进行分析,对试验中模型地基地震破坏特点进行描述。结果表明:结构侧面顶部动土压力大于中部和下部,随输入峰值加速度的增大结构侧面土压力均增大;地震动较大时,地基层间剪切位移呈现顶部最大,底部次之,中部最小;地表沉降随输入峰值加速度的增加而增大,西安人工波作用下地表沉降大于松潘波和Taft波作用下沉降;结构上方地表沉降始终小于周围土层,表明结构发生相对上升运动;分析发现,结构顶、底动土压力差提供结构上升运动的内在动力。回归分析表明,地基水平相对位移与土层深度可用三次多项式拟合,两者之间具有较好的相关性。     

地震激励下桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响

为探讨桩-土非线性耦合作用对桩基动力响应特性的影响,以桩-土-结构耦合系统为研究对象,建立三维非线性有限元模型。采用Drucker-Prager非线性土体本构模型,利用罚函数法实现桩-土-结构界面间的非线性耦合作用,引入无反射边界条件,并考虑重力因素,得到了水平和竖直方向组合地震激励下桩-土非线性相互作用对桩基地震响应的影响。结果表明,考虑桩-土接触非线性,桩基的加速度响应峰值减小,桩土之间出现明显的分离现象,桩基剪力和弯矩峰值有所增加。通过对桩基轴力的校核,桩基不承受拉力,不会发生拔桩现象。