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力学季刊 2023年第2期44卷 362-374页

作者：刘逸坤陈清军同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学结构防灾减灾工程系上海200092

本文旨在采用概率密度演化方法,对考虑土体随机性的地铁车站中柱减震效果进行概率密度演化分析.以一典型地铁车站地下工程为背景,基于土体剪切模量的对数正态分布模型,采用谱表现方法确定具有空间变异性的土体随机场分布,分别建立考虑... 详细信息

本文旨在采用概率密度演化方法,对考虑土体随机性的地铁车站中柱减震效果进行概率密度演化分析.以一典型地铁车站地下工程为背景,基于土体剪切模量的对数正态分布模型,采用谱表现方法确定具有空间变异性的土体随机场分布,分别建立考虑土体随机性的土-地铁车站原型结构相互作用模型和土-地铁车站减震结构相互作用模型,进行地铁车站中柱减震效果的概率密度演化分析与对比研究.结果表明:地铁车站结构地震反应的概率密度演化过程是一种随时间变化的复杂随机过程;不同时刻下结构地震反应的概率密度函数形状有所不同,且某些时刻的概率密度函数具有双峰.在地铁车站中柱上端设置橡胶支座会降低结构中柱水平变形与截面内力的离散度,提高结构侧墙变形与内力的离散程度.同时,可以有效降低中柱水平变形与截面内力的地震反应值,降幅在25%~50%左右,而地铁车站的侧墙变形和内力有所提高.

关键词：随机场地土-结构相互作用体系中柱减震减震效果概率密度演化分析

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土-空间网格结构相互作用地震响应分析及试验研究

土-空间网格结构相互作用地震响应分析及试验研究

引用

作者：刘毅北京工业大学

学位级别：博士

土-结构相互作用是结构工程、地震工程、防灾减灾工程及防护工程等领域关注的热点，现阶段研究成果多集中于高层建筑结构、桥梁结构、地下空间结构等刚性较大的结构形式。空间网格结构由于结构较柔、频谱密集及多维振动显著等特点，已... 详细信息

土-结构相互作用是结构工程、地震工程、防灾减灾工程及防护工程等领域关注的热点，现阶段研究成果多集中于高层建筑结构、桥梁结构、地下空间结构等刚性较大的结构形式。空间网格结构由于结构较柔、频谱密集及多维振动显著等特点，已有的理论成果和试验结果不能直接用于空间网格结构的抗震验算，制约了空间网格结构进一步的应用与发展。　　本文以空间网格结构为研究对象，首先对土-空间网格结构相互作用体系的抗震性能进行数值分析，探求适用于独立基础/桩基础-土-空间网格结构体系抗震分析的合理方法，研究了地震波斜入射对空间网格结构地震响应的影响，同时探讨了支座隔震下土-空间网格结构相互作用体系的抗震问题;然后根据土-空间网格结构相互作用体系的数值分析内容，设计实现土-单层柱面网壳结构振动台试验。主要研究内容和贡献如下:　　(1)建立了适用于分析独立基础-土-空间网格结构相互作用地震响应计算的修正S-R模型，并进行了相关参数分析。　　基于不同学者提出的地基土的动力阻抗理论公式，从便于工程应用出发对S-R模型进行修正，建立独立基础-土-网架结构相互作用的简化计算模型，与精细化模型计算结果进行对比。结果表明，修正的S-R模型是合理的，能够较好的模拟独立基础-土-网架结构的动力性能。然后，基于修正的S-R模型，建立了一个60m的单层球面网壳结构，研究不同参数变化对网壳结构自振特性和地震响应影响。　　(2)基于S-R模型给出桩基础-土-空间网格结构相互作用地震响应计算的一种简化算法，与精细化模型结果对比探究该算法的实用性。　　基于土-结构相互作用精细化模型基本理论，以有限元法建立桩-土-单层柱面网壳结构精细化模型，研究桩-土-结构相互作用对网壳结构动力性能影响。将土体和桩基均以弹簧系数代替，以S-R模型建立桩-土-结构相互作用下单层柱面网壳结构的简化算法，与精细化模型计算结果进行对比。结果表明，S-R模型是研究桩-土-空间网格结构相互作用地震响应的一种有效算法。　　(3)基于波动理论推导并实现了土-空间网格结构地震波斜入射的实现方法。　　结合工程波动理论，推导并实现粘弹性边界的地震动斜入射实现方法，研究了桩-土-结构相互作用下P波入射方向对桩-土-单层柱面网壳结构地震响应的影响。结果表明，当入射角度在40°～60°时，桩体与土体的地震响应存在非一致变化;在进行地震分析时，桩-土-网壳结构体系的地震响应未必在地震波垂直入射时最大，入射角为45°～60°时也是一重要考虑的区间范围;当地震波入射角度在50°～80°时，可按《建筑抗震设计规范》建议的水平与竖向的加速度最大值按比例1∶0.65输入，当入射角在0°～50°和80°～90°时，不宣按照比例1∶0.65进行地震波输入，应当考虑地震波入射的空间效应。　　(4)基于课题组设计提出的抗拔摩擦摆支座和铅芯橡胶支座基本理论，研究了支座隔震下土-空间网格结构的抗震问题。　　基于课题组设计提出的铜基面抗拔摩擦摆支座和铅芯橡胶支座的基本理论，采用有限元法建立土-空间网格结构精细化模型，研究了支座隔震下土-空间网格结构的地震响应。结果表明，在地震作用下，铜基面抗拔摩擦摆支座起到了明显的隔震效果，地震波的频谱特性对支座隔震效应有着不可忽略的影响，土体与支座的刚度是影响隔震效果的重要因素。　　(5)在国内外首次成功进行了土-单层柱面网壳结构体系振动台试验，揭示了土-空间网格结构相互作用的地震响应规律。　　试验采用了7.7m×3.2m×1.2m的模型箱和1.8m×1.8m的单层柱面网壳，以独立基础和桩基础两种基础形式，通过北京工业大学的九子台阵体系实现土-单层柱面网壳结构振动台试验，通过振动台试验验证了修正S-R模型的合理性，并揭示了不同地震波输入角度下、支座隔震下土-单层柱面网壳结构体系的地震响应规律。

关键词：空间网格结构土-结构相互作用体系地震响应数值模拟

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土-结构体系的分枝模态与约束模态混合二步法

引用

地震工程与工程振动 2010年第4期30卷 24-30页

作者：王菲姜忻良天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300072

为了在结构设计过程中考虑土-结构非线性相互作用的影响,在线性-非线性混合的约束模态法以及分枝模态法的基础上,提出了适用于土-结构非线性相互作用体系的分枝模态与约束模态的混合方法,该方法既可考虑土体和结构的非线性特性又便于考... 详细信息

为了在结构设计过程中考虑土-结构非线性相互作用的影响,在线性-非线性混合的约束模态法以及分枝模态法的基础上,提出了适用于土-结构非线性相互作用体系的分枝模态与约束模态的混合方法,该方法既可考虑土体和结构的非线性特性又便于考察土-结构相互作用对上部结构的影响。在分枝模态与约束模态混合方法的基础上,进一步提出了混合二步分析法,并将其应用到地基土-框架结构地震响应分析中,算例结果表明,混合二步分析法在实现上部结构和地基土分开计算的同时,还能够考虑结构与地基土的材料非线性特性,有利于采用专业设计软件仅通过对上部结构进行分析来考虑土-结构相互作用的影响,为实际工程计算考虑土-结构相互作用的影响提供了便利的条件。

关键词：分枝模态法约束模态法混合二步分析法土-结构相互作用体系势能判据截断准则非线性

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基于FLAC3D的斜入射地震波作用的数值模拟方法研究

基于FLAC3D的斜入射地震波作用的数值模拟方法研究

引用

2010中国(北京)国际建筑科技大会

作者：张如林楼梦麟同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海 200092

地震动输入是进行土层场地或土-结构相互作用体系地震反应分析的重要一步.通过波场分解,将人工边界上的波动场分解为自由波场和散射波场,其中人工边界上的自由波场根据波在自由表面的反射理论求得,散射波场由黏性人工边界直接吸收,进而... 详细信息

地震动输入是进行土层场地或土-结构相互作用体系地震反应分析的重要一步.通过波场分解,将人工边界上的波动场分解为自由波场和散射波场,其中人工边界上的自由波场根据波在自由表面的反射理论求得,散射波场由黏性人工边界直接吸收,进而在人工边界上施加等效荷载实现斜入射地震波作用的输入.借助MATLAB辅助计算程序和FLAC3D的前后处理功能,进行不同角度(0°和30°)入射条件下SV波作用的时域数值模拟计算,数值解和理论解吻合较好.算例表明,采用黏性人工边界和等效荷载输入方法具有较高的计算精度,建立的数值模拟方法为土层场地和土-结构动力相互作用在地震波斜入射下的反应分析提供了简单易行的计算途径.

关键词：土层场地土-结构相互作用体系斜入射地震波数值模拟有限元差分分析

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土与结构相互作用振动台试验模型土设计方法分析