考虑土与结构相互作用时结构地震响应分析

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考虑土与上部结构共同作用的双塔楼连体结构地震反应分析

［章编号］１０—４２２０） —０１５文０２８１（０７００４— ６０
考虑土与上部结构共同作用的双塔楼连体结构地震反应分析
何涛何三喜剥伶俐１中国地震局地震研究所，一，，、（．湖北武汉４０１２武汉地震工程研究院，３７；．０湖北武汉
ＡｂｔａｔＴｈａｔｏｎｉｅｒｎｓｉｃｏｄｎｅｗｉｈｅｃｎｉｅａｉｎｏｅｄｎｍｉｏｌｓｒｃｕｅｉｅａｔｏｓｒｃ：ｅｆｃｆｅｇｎｅｇｉｎａｃｒａｃｔｔｏｓｄｒｔｏｆｔｙａｃｓｉｔｕｔｒｎｔｒｃｉｎ．Ｂｙｃｎｒｓｔｈｅｃｍｍｏｉｈｈ — ｏｔａｔｗｉｔｏｈｎｏｅ，ｔｅｍｏｅｔｈｙａｃｓｉｓｒｃｕｅｉｔｒｃｉｎｏｏｂｅｔｗｅｏｎｃｉｇｓｒｃｕｅｉｏｎｅｙＡＮＳｒｇａｉｈｓｐａｅ．ｎｈｄｌｗｉｔｅｄｎｍｉｏｌｔｕｔｒｎｅａｔｆａｄｕｌ—ｏｒｃｎｅｔｎｔｕｔｒｓｆｕｄｄｂｈ — ｏＹＳｐｏｒｍｎｔｉｐｒＴｈｅｕｔｌｕｔａｅｔｅｐｒｏｓｏｈｔｃｕｅｒｌｎｅ．ａｄｔｓｉｍｉｒｓｏｓｉｒｉｔｎｅ．Ｔｈｅｅｉｗｈｃｓａｓｄｂｈｅｒｓｌｓｉｓｒｔｈｅｄｆｔｅｓｒｔｒａｅｏｇｒｌｉｕｎｉｅｓｃｅｐｎｅｓｍｏｅｎｅｓｓｅｆｃｉｈｉｃｕｅｙｔｅｄａｃｓｉｓｒｃｕｅｉｔｒｃｉｎｃｎ’ ｇｏｅｅａｓｆｉａａｎｓ．ｙｎｍｉｏｌｔｔｒｎｅａｔａｔｂｅｉｎｒｄｂｃｕｅｏｔｆｔｌｅｓ — ｕｏｓＫｅｗｏｄｄｏｂｌ—ｏｒｃｎｅｔｎａｌｂｉｄｎｙｒｓ：ｕｅｔｗｅｏｎｃｉｇｔｌｕｌｉｇ；ｓｉｍｉｅｐｎｅ；ｉｔｒｃｉｎ；ＡＮＳｒｇａｅｓｃｒｓｏｓｎｅａｔｏＹＳｐｏｒｍ

土_结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析_夏栋舟

2924
岩
土
力
学
2009 年
2
土 - 结构动力相互作用体系阻尼的简化分析方法
文献 [8] 根据直接分析法提出不考虑基础质量
构与基础、基础与地基土之间，因而忽略基础质量是不妥的。笔者提出一个改进的简化分析方法，能考虑基础质量 m0 、基础的等效半径 a ，同时也考虑了柔性地基土本身的黏滞材料阻尼 ξs 。其简化模型如图 2 所示，根据简化模型建立体系的整体运动方程：
m
Kθ cθ
图 2 土-结构动力相互作用体系简化模型 2 Fig.2 The simplified model 2 for soil-structureinteraction system
ξ=
xg m
xu
hθ m
x m
c k ; ω2 = m 2mω 2 K u = mωu {1 + 2i[ξs + (ω / ωu ) ξ u ]} K θ = mh 2ωθ2 {1 + 2i[ξs + (ω / ωθ ) ξθ ]}
⎡⎛ ImK θ ⎢⎜ ⎢⎝ ReK θ ⎣
⎤ ⎞ ⎟ − 2ξs ⎥ ⎥ ⎠ ⎦
（7）
但是，在土-结构动力相互作用时，其非线性接触及动力相互作用往往导致的能量损耗就发生在结
式中：Re 为复数函数的实部；Im 为复数函数的虚部；ω 、ξ 为刚性地基上结构的自振频率与阻尼比；
第 10 期
夏栋舟等：土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析
[1－4]
能的研究国内外还为之甚少，因此，笔者提出了一种新的考虑土 -结构动力相互作用体系阻尼的简化分析方法，得到了耦合阻尼比公式，并结合大西洋地震工程研究中心 102 个强震中的 1 037 条实际地震时程记录中的地震加速度反应谱数据和《建筑抗震设计规范》[7] 的规定，提出基于加速度反应谱的阻尼影响因子 η ，并将其用于抗震设计，建立阻尼影响因子 η 与地震影响系数 α 间的关系式，从而根据现有的抗震规范求得上部结构的地震作用。通过算例分析可知，考虑土与上部结构的相互作用后能够增加体系的阻尼，并大大降低上部结构的地震作用，为未来抗震研究与工程的抗震设计提供了理论依据。

考虑土_结构相互作用体系地震反应谱分析_徐源

（ m·s － 1 ） 357. 2 160. 0 131. 0 60. 0
场地类别
Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ
3 计算结果
3. 1 自振周期的计算高度小于 40 m 的以剪切变形为主的规则框
架结构，第一振型为主要位移振型，表 2 列出了各工况的基本周期和竖向一阶周期的计算结果．
表 2 考虑和不考虑相互作用的周期对比 Table 2 Comparison of cycle considering
58. 32 151. 632
0. 3
6
180. 00 432. 000
0. 2
6
352. 80 846. 720
0. 2
18
6. 48 18. 144
0. 4
剪切波速等效剪切波速
（ m·s － 1 ）
250 300 360 420 450 480 160 60 90 160 180 300 420 60
Structure Interaction
XU Yuan，CONG Long，HU Ying-peng，LIANG Yan
（ School of Ｒesources ＆ Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110819，China． Corresponding author： XU Yuan，E-mail： xuyuanneu@ gmail． com）
土层编号
1 2 3 4 5 6 1 1 2 3 4 5 6 1
表 1 地基土参数 Table 1 Foundation soil parameters
土层厚度剪切模量弹性模量
m
MPa
MPa

土-结构相互作用对双塔连体结构的地震反应分析

Ｔｗｏ－ｗｅ・ｎｃｅｔｕｔｒｎｉｅｉｇ－ｏｒＣｏｎｅｔｄＳｒｃｕｅｔ－ＣｏｓｄｒｎＳｉ．ｔｕｔｒｔｒｃｉｎｏｌＳｒｃｕｅｎｅａｔｏＩ
ＰＡＮＧｎ — ｏＹｉｇｂ
［ｅｗｏｄ］ｏｌｔｃｒｉｔｃｏ：ｏｎｃｄｓｕｔｒ；Ｋｙｒｓｓｉｓｕｔｅｎｅｔｎｃｎｅｔｔｃｅ —ｒｕａｒｉｅｒｕ
—
—ＩＳＬ舢
舢
— ｔ— 也Ｓｓ
所改变，各峰值也有所减小，但减小幅度不一。
效果更明显，更好的计算模型有待于进一步研究。
【考文献】参
４结语
１通过对袋式除尘器在３种不同地震波作用下）
的时程分析可知，悬挂布袋对除尘器主体结构有很好的减震作用，一定范围内随着布袋质量的增加，在
ｓｉｓｕｔｒｎｅａｔｎａｄａｏｈｒｗｉｏｔｃｎｉｅｎｈｏｌｔｃｕｅｉｔｒｃｉｎｎｔｅｔｕｏｓｄｒ析。计算结果表明：在考虑土一
结构相互作用后，构的地震反应如自振周期、移、震剪结位地力都受到明显的影响，予以重视。应
ｓｉｓｒｃｕｅｉｔｒｃｉｎａｅｆｕｄｄｂｏｌｔｕｔｒｅａｔｒｏｎｅｙＡＮＳｒｇａｉｈｓ－ｎｏＹＳｐｏｒｍｔｉｎ

地震作用下桩-土-结构相互作用的分析

２算例．
２１程概况．工
０．４
Ｊ
九
．
兰 ”
…
．
Ｍ《
』／Ｉ１
－ｓ
。
一０２
ｔｔｓ
某六层框架结构，高４米，于上海南汇区，区位于长江人海层位该口，冲积平原，质条件较差。构平面图如图２所示，主要承重构属地结其件的截面尺寸及材料力学性能参数如下：框架柱：０ｍ４０４０ｍｘ０ｍｍ混凝土柱外环梁：０ｍ４０３０ｍＸ０ｍｍ混凝土梁楼面粱：０５０丁字钢，Ｈ５０ｍ，Ｂ２０１ｘ０高＝０ｍ宽＝０ｍｍ，缘１１ｍ翼１６ｍ，＝腹板ｔ１ｒｌ２０ｌｌ＝ｌｌ楼面板：Ｏｍ混凝土楼面板ｌＯｍ材料特性：土Ｃ０弹模Ｅ３０１／泊松比Ｖ０２密度Ｐ昆凝３，＝．ｘ０Ｎｍ，＝．，＝
Ｗｉｋｅ地基上的梁模型、ｎｌｒ波动场模型以及有限元模型。３种模型中由于动力Ｗｉｋｒ基上的梁模型力学概念清楚，单实用，于被Ｔ程人ｎｌ地ｅ简易员接受而被广泛运用。本文拟采用这一模型，桩离散为梁单元，节将在点处考虑水平位移和转角，桩体的质量集中在节点处。土体由离散的将弹簧一阻尼器系统代替，简化模型见图１。
９度

考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析

考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析摘要：地震是世界范围内广泛存在的自然灾害之一，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。

框架结构是一种常见的建筑结构形式，其抗震性能对于确保人们的生命安全至关重要。

然而，传统的抗震设计方法主要考虑了结构内部的应力和变形，而鲜少考虑到土-结构相互作用对框架结构抗震性能的影响。

因此，研究考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析对于改进现有抗震设计方法具有重要意义。

关键词：地震；框架结构；抗震性能；土-结构相互作用；分析1. 引言地震是由地球内部的构造运动所引起的地壳震动，具有瞬间性和突发性的特点。

地震的发生会对建筑结构产生巨大的水平荷载作用，容易造成结构破坏和倒塌。

为了提高框架结构的抗震性能，传统的设计方法主要关注结构的内部承载能力，如强度和刚度等。

然而，在实际地震中，通过研究发现土-结构相互作用对框架结构的抗震性能具有重要影响。

2. 土-结构相互作用的影响因素土-结构相互作用是指地震时土壤与结构之间相互作用的过程。

它包括土壤的刚度、地基承载力、地震波传播等因素。

这些因素对框架结构的抗震性能产生重要影响。

2.1 土壤刚度土壤的刚度是指土壤对外加载荷的抵抗能力。

在地震中，土壤的刚度会影响框架结构的纵、横向刚度，从而影响结构的整体抗震性能。

2.2 地基承载力地基承载力是指土壤对结构的支持能力。

在地震中，地基承载力的变化会导致结构的变形和破坏，进而影响框架结构的抗震性能。

土-结构相互作用使得地基承载力的分布不均匀，进一步增加了结构的不稳定性。

2.3 地震波传播地震波是指地震时产生的能量沿地壳传播的波动。

地震波的传播会受到土壤的影响，例如波速的改变和波动的衰减等。

这些土-结构相互作用的影响，会导致地震波在框架结构中的反射、折射和透射，从而改变了结构的应力和变形分布。

3. 框架结构抗震性能分析方法为了研究考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能，需要采用合适的分析方法。

考虑土-结构相互作用的大跨度空间结构抗震研究进展

考虑土-结构相互作用的大跨度空间结构抗震研究进展曾佳明;朱忠义;吕辉;张成明;李丹【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】考虑土-结构相互作用(SSI)的大跨度空间结构抗震研究对于实现大跨度空间结构精确化分析,保障结构抗震安全性具有重要意义。

为了更好地应用已有大跨空间结构考虑土-结构相互作用的研究成果,分别对土-结构相互作用研究分析方法、框架结构SSI效应影响分析、地下-土-地上结构相互作用研究现状、大跨度空间结构与下部支承体系协同工作及考虑SSI对大跨度空间结构动力性能的影响等方面的研究成果进行了梳理。

结果表明:已有土-结构相互作用分析方法及计算模型对于大跨度空间结构的适用性有待商榷;框架结构SSI效应和大跨度空间结构与下部支承体系协同工作的研究相对成熟,其成果可供借鉴;带有大型复杂地下结构的大跨空间结构SSI效应显著;现有研究多以数值模拟为主,试验技术的发展对大跨空间结构土-结构相互作用抗震理论的验证至关重要;未来需要进一步研究实用的简化计算模型及分析方法、地下结构-土-大跨度空间结构体系、强震失效倒塌机理及减隔震研究、试验研究、参数分析、复杂效应耦合等。

【总页数】14页(P69-82)【作者】曾佳明;朱忠义;吕辉;张成明;李丹【作者单位】南昌航空大学土木建筑学院;南昌航空大学江西省装配式建筑与智能建造重点实验室;北京市建筑设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TU311.3【相关文献】1.考虑上部结构-群桩-土相互作用的整体空间结构体系的动力分析2.考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析3.考虑土-独立基础-结构相互作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究4.考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析5.考虑土与结构相互作用的钢筋混凝土框架子结构抗震性能试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

考虑土-结构相互作用的风力发电机塔架地震响应分析

ＡｂｔａｔＵｓｎｇｆｎｔｅｅｅｍｅｈｏｓｒｃ：ｉｉｉｅｌｍｎｔｔｄ，ａＦＥＭｍｏｅｉｕｂｎｔｗｅｃｎｓｄｒｎｓｉ — ｄｌｏｆｗｎｄｔｒｉｅｏｒｏｉｅｉｇｏｌｓｒｃｕｒｎｅａｔｏｎｓｍｕｌｔｄｂｙｔｓｒｎｇｄｍｐｉｌｍｅｓｐｒｐｏｅｏｉｅｔｇｔｔ — ｔｕｔｅｉｔｒｃｉｉａｅｈｅｐｉ — ａｎｇｅｅｎｔｉｏｓｄｔｎｖｓｉａｅｉｓｄｙｎｍｉｅｐｏｅｕｎｅｕｌｉｄｍｅｓｏｎｓｉｍｉｘｉａｉｎｉｉｅｄｏａｎＴｈｅｕｐｔｄＬａａｇｅａｃｒｓｎｓｄｒｍｔ— ｉｎｉｅｓｃｅｃｔｔｏｎｔｍｍｉ．ｄａｅｇｒｎ
ＦＥＭｏｍａｉｍｓａａｔｄｔｉｃｅｅｔｑｕｔｏｎａｄｔｅＮｅｆｒｌｓｉｄｐｅＯｄｓｒｔｈｅｅａｉｎＯｕｓｗｍａｋｉｔｇａｔｄｔｏｖｒｎｅｒｌｍｅｈｏｏｓｌｅｉｔｐｂｙｓｅｔｓｅｔｐ．Ｔｈｏｕｈｉｒｇｈｔｓｎｕｍｅａｎｌｓｓｏｈｎｆｕｎｅｏ－ △ ｅｆｃ，ｔｆｅｔｆｓｌｒｌａａｙｉｎｔｅｉｌｅｃｆｐ－ｆｅｔｈｅｅｆｃｓｏｏｉ — ｓｒｃｕｅｉｅａｔｏｎａｄｖｒｉａｅｓｃａｔｏｎＯ１ｓｒｃｕｅＳｄｙａｃｐｏｒｙ－ｔｉｅｈｓｏｔｕｔｒｎｔｒｃｉｎｅｔｃ】ｓｉｍｉｃｉ／ｔｕｔｒｎｍｉｒｐｅｔｈｅｔｍ — ｉｔ —

考虑土-结构相互作用的地震反应谱

振周期为
丁＝／２２
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｔ ● ●
（）３
将式（）２代入式（）得３，
ｒ — — — — —— — — — — —— — — — — — — — 一
运动形式水平运动转动刚度系数ｋ＝１（一Ｈ）Ｚ，（— ）１）Ｈ６１Ｅｏｆ８（＋】７ｋＲ＝４ｏ，（）１）ＥＺ【１（＋】３
集总体系的阻尼比由结构阻尼比。和地基土阻尼比。两部分构成．。由假设③可知，体系做单自由度自由振动时，质点ｍ的振动频率应等于约束基结构础的地基土质量ｍ。。的振动频率。现有一水平外。．力Ｆ作用于质点，之产生单位速度＝，图４所示．使ｌ如由于单自由度体系按基本振型振动，体系速度近似分配比例如图５所示．
１２集总参数的确定．１．．１集总体系刚度的确定２
１．集总体系阻尼比的确定．２２
假设结构刚度系数已知，现需确定地基土等效水平刚度和等效转动刚度．文献【给出了弹性半空间表３］面上刚性圆形基础的刚度系数，见表１．
表１刚性圆形基础等效刚度
身所具有的随机性，使反应谱理论不可避免地存在一定的局限性．随着强震观测数据的增加，人们逐渐意识到用原来只考虑结构弹性性质、结构与地基刚接，但既不考虑土一结构相互作用，也不考虑地震持时等因素的影响的地震反应谱理论，对抗震设计已不再合理，有时甚至会造成明显的错误 ¨ ．者从该问题出发，笔利用集总参数法建立土一结构相互作用分析模型，研究在该模型下地震反应谱的特性，以期初步解决在考虑土一结构相互作用下地震反应谱的改进问题，使反应谱理论能更准确地指导工程设计实践．

深软场地上考虑土-结构相互作用的斜拉索地震反应分析

：Ｓ
施工技术ｌ
ＣｏＮＳＲＵＣＴＩＴｏＮＩ
０
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兰
蓦
图４索编号拉
时程与正演得到的地表地震动时程见文献口ｌ文选取的两种深软场。本地剖面资料见表１。
３顺桥向地震结果分析．２本文工况：Ⅲ类场地上考虑相互作用记为 Ⅲ一ｌｓ，Ⅲ类场地上ｅ－ｉｓ不考虑相互作用记为 Ⅲ ｅｎｓｉＶ１ｏｓ．；１类场地上考虑相互作用记为 Ⅳ．．ｅ１
的剐性地基假设，这种假设在地基情况良好时比较符合实际，但是在
软弱地基时与实际情况相差较大。本文主要对软弱地基上斜拉索地震
反应进行讨论，与刚性地基假设的计算结果做对比，得出一些有益并
结论。
：
图３柔性地基模型
１工程背景．
该斜拉桥为三跨全飘浮体系（４＋４＋４ｍ），双塔双索１Ｉ３５３１ｌｍ１１
关键词：深软场地；斜拉索；地震反应
引言
大跨径斜拉索的拉索具有很小的刚度和阻尼，索往往具有很低拉
的固有频率和极低的模态阻尼比，震激励下极易发生意想不到的大在地
幅振动。目前，拉索的地震反应已成为斜拉桥亟待研究解决的关键问题之一，目前所有的斜拉索研究都是基于不考虑土一构动力相互作用但结
等．避椎。
ｒ～Ｈ
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｝ “ １；ｌ
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考虑土-结构相互作用的振动台实时子结构试验仿真分析

图１基于状态空间方程的实时子结构试验仿真流程
Ｆｇ１Ｓｍｕａｉｎｆｏｏａ — ｍｅｓｂｔｃｕｅｔｓｉｇｂｓｄｏｔｔｐｃｑａｉｎｉ．ｉｌｔｗｆｅｌｔｕｓｒｔｒｔａｅｎｓａｅｓａｅｅｕｔｏｌｒｉｕｅｎｏ
部结构作为试验子结构。这种试验技术不仅可以实现在试验中考虑土．构相互作用对上部结结构的影响，而且比传统意义上的桩．土相互作用试验节省了更多的财力、物力和时间。下面就这种新的试验方法的原理和可行性进行讨论和分析。
２８
震灾防御技术
５卷
令：ｕ一，ｕ＝ｘ２，＋ｕ，则（）式变为：１
Ｊｌ＋ｌ＋ｌ＝，＋ｃ＋）ｍｉｃ１ｋ１一ｉ西ｕｇ（文ｘ１
Ｉ芰ｃ＋＝ｍ（＋／＋ｘ一２／／）文／ｇｌ
，、１
１振动台实时子结构试验原理
以２个自由度的计算模型为例，体系在地震波的作用下，其运动方程如下：
［ｍｉ［－ｕ［ …Ｕ一ｍ。２ｃ－。：＋２ｌｋｌ１／Ｌ７ｉ１２ｌ１ｔ
【收稿日期］２０—２２０９１．９
较明显的影响，如何消除这种影响仍需要进一步的研究。其次，就是模型与原型间动力相似
关系的处理。由于振动台试验无法改变重力场加速度值和材料的一些非线性特征，所以很难
同时满足全部的量纲关系相似。本文中的考虑土．结构相互作用的实时子结构试验是将桩部分作为计算子结构，而上土

土-结构相互作用下隔震桥的地震反应

１桥梁和土介质的模型
考虑一座三跨连续公路桥，的下部结构包括刚性桥台和钢桥
应删除。
２运动控制方程
考虑土一结构相互作用的两水平向地震地面运动组合作用筋混凝土桥墩。假定这一结构由一系列梁一柱单元组成。在本的隔震桥模型的运动方程可用下列矩阵形式表达：研究中，弹胶物支座由交替设置的橡胶层和钢板层组成，支座在
关键词：土一结构，隔震桥，作用效应
中图分类号：４．５Ｕ４２５
文献标识码：Ａ
在过去已有的研究中均假定桥墩基础是刚性的，都没有探讨土一结构相互作用对隔震桥的响应的影响。由于隔震桥是基于这样一个原则，即通过提供柔性和能量吸收能力的机理使结构与
ｆｇｚ１｛。＝ｌ｝。．｝，ＹＪ
．．
（）７
桥梁结构系统的质
其中，Ｍ］［和［分别代表基础［，Ｋ］Ｃ］
量、刚度和阻尼矩阵；ｚ｝｛｝ｉ｝别为结构加速度、构速ｉ，和分结
维普资讯
第３２卷第５期
２００６年３月
山西建筑
Ｓ＾ＨＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥ（、ＵＲＥ
Ｖｏ．２Ｎｏ５１３．
Ｍａ．２０ｒ０６
・２１・６
文章编号：０９６２（０）５０６ —２１０ —８５２６０ — １０２０
荐的所有三种分析方法（弹性地震响应系数法、单模态谱分析以

高层建筑考虑桩-土-结构相互作用的地震响应分析

的生命财产安全。对于高层建筑的抗震设计，现今规范中采用的抗震分析方法都是以刚性地基假定为前提，虽然抗震验算方便，但经常与实际情况不符。由于土一结构相互作用的存在，这样就增大了结构体系的振动周期和阻尼，致使按刚性地基假定计算得到的
目前应用较多的桩一土相互作用的模型主要有多
质点系模型、弹性介质中的梁模型和有限元模型等。多质点系模型又称集中质量模型，以Ｐｎｉｎ模型ｅｚｅ
其基本假定为：（１）将土看作为弹性变形介质，其地基系数在地面（冲刷线）处为零，并随深度成正比例增长。或（）在水平力和竖直力作用下，任何深度处土的２压缩性均用地基系数表示。
质粘土、粘土、粉砂。考虑到模拟的真实性，建模时
近似，其采用广义的ＶｎＭｉｅ屈服条件，其表达式为：ｏｓｓ
／＝√，＋旺，＝０，一Ｋ
式中：，为应力张量第一不变量，．
ｌ＝（＋仃、ｌ『＋盯＝＝３－；Ｊ为应力偏量第二不变量；００２ｃ为试验常数，吼：
｛ — Ｓｎ驴ｌｊＩ
，式巾为土体内摩擦角；，式中妒为土体内摩擦角。

土—结构动力相互作用论文：考虑土—结构动力相互作用的隔震结构分析

土—结构动力相互作用论文：考虑土—结构动力相互作用的隔震结构分析【中文摘要】本文以一栋在汶川地震中损坏的框架结构作为分析对象,以彭津模型建立了土—结构动力相互作用分析模型,将该结构共分四种情况讨论：1)结构加固前不考虑土—结构动力相互作用情况；2)结构加固前考虑土—结构动力相互作用情况；3)结构隔震加固后不考虑土—结构动力相互作用情况：4)结构隔震加固后考虑土—结构动力相互作用情况。

将上述四种情况分别在ELCENTRO波、TAFT波、人工波下进行罕遇地震下的时程分析,研究四种情况的周期、层间剪力、楼层位移、各楼层的加速度、隔震支座的剪力、隔震支座的位移、隔震支座的滞回性能等。

同时,为了研究场地条件的差异对土—结构动力相互作用的影响,对该结构分隔震和不隔震两种情况,计算在3种场地条件下结构的受力和位移等的变化规律。

通过以上分析研究后,得出以下结论：1.分析结果表明,隔震结构受到土—结构动力相互作用的影响明显小于非隔震结构。

隔震结构考虑和不考虑动力相互作用,周期、层间剪力、位移、加速度的差别并没有非隔震结构明显。

2.考虑土—结构动力相互作用后,结构体系的整体刚度变小,其自振周期将延长,且非隔震结构周期受影响程度要大于隔震结构。

无论是隔震结构还是非隔震结构,随着场地土变得坚硬,周期依次接近于不考虑土—结构动力相互作用的周期。

3.无论是隔震结构还是非隔震结构,考虑土—结构动力相互作用后,结构的位移明显比不考虑相互作用时的位移增加。

4.无论是隔震结构还是非隔震结构,考虑土—结构动力相互作用后,结构的层间剪力、各层的加速度均有变化,但这种变化并没有固定的规律。

5.对于隔震结构,考虑土—结构动力相互作用后,隔震支座的剪力和位移,比不考虑相互作用时候的要小,同时可以发现隔震支座滞回包络面积减小,隔震支座耗能也减少。

6.对于隔震结构来说,隔震支座耗能可以耗散大量的地震输入能量,且支座的耗能情况随着场地变化而呈规律性变化,即随着场地越坚硬,隔震支座耗能越大。

地震作用下土木结构的响应研究

地震作用下土木结构的响应研究地震，这一自然界的巨大力量，常常给人类带来沉重的灾难。

在地震发生时，土木结构的响应情况直接关系到建筑物的安全以及人们的生命财产。

因此，对地震作用下土木结构的响应进行深入研究，具有极其重要的意义。

土木结构在地震作用下的响应是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。

首先，结构的自身特性起着关键作用。

结构的形式，比如框架结构、剪力墙结构、砖混结构等，它们在抵抗地震力方面具有不同的性能。

框架结构具有较好的灵活性，但在强震下可能会出现节点破坏；剪力墙结构则能提供较大的侧向刚度，但可能会因为墙体的开裂而影响整体性能；砖混结构相对来说抗震能力较弱，容易在地震中出现倒塌。

其次，材料的性质也不容忽视。

混凝土的强度、钢筋的屈服强度和延性等都会影响结构的抗震能力。

高质量的材料能够在地震中更好地承受荷载和变形，从而提高结构的安全性。

此外，结构的几何尺寸和布局同样重要。

合理的柱距、梁跨以及结构的高宽比等，都能影响结构的稳定性和抗震性能。

地震作用下，土木结构会产生多种响应。

其中，位移是一个重要的指标。

结构在水平方向和竖直方向的位移过大，可能导致结构的倒塌或者使用功能的丧失。

例如，一些高层建筑在地震中可能会出现明显的水平晃动，如果位移超过了结构的允许值，就会引发严重的破坏。

加速度响应也是不可忽略的。

强烈的地震加速度会使结构内部产生较大的惯性力，从而对结构构件造成破坏。

特别是对于一些设备和非结构构件，加速度的影响可能更为显著。

比如，医院中的医疗设备、工厂中的精密仪器等，如果在地震中加速度响应过大，可能会无法正常工作，进而影响救援和生产。

内力的变化也是结构响应的重要方面。

地震会使柱子、梁、墙等构件承受的轴力、剪力和弯矩发生改变。

一旦内力超过了构件的承载能力，就会导致构件的破坏。

比如柱子可能会因为承受的压力过大而被压溃，梁可能会因为剪力过大而发生剪切破坏。

为了研究土木结构在地震作用下的响应，科学家们采用了多种方法。

不同类型地震波作用下土―结构相互作用体系地震反应分析

不同类型地震波作用下土―结构相互作用体系地震反应分析高发通;陈清军【摘要】目前有关长周期地震波作用下结构的动力响应研究大多限于线弹性问题。

本文采用次弹性(Hypoelastic)模型模拟土体的非线性，利用有限元法建立土-结构相互作用体系分析模型。

分别从1985年墨西哥地震记录库、2003年日本十胜冲地震记录库中选取具有较可靠长周期信息的基岩地震波作为输入，对土-结构相互作用体系进行非线性地震响应分析，并与普通地震波作用下的动力响应结果进行了比较，结果表明，随基岩输入峰值的增加，地表加速度放大系数呈减小趋势，长周期地震波的场地地表反应波的反应谱值在长周期段有增大趋势，普通地震波不明显。

考虑土―结构相互作用影响后，桩基承台的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数总体上要小于自由场。

% Study on dynamic response under long -period seismic has been mostly focused on linear situa-tion at present.Soil-structure interaction system set up by finite element method with hypoelastic was used to simulate nonlinear behavior of soil .The long-period seismic waves were chosen from the earthquake records of Mexico 1985 and Hokkaido Japan 2003 as input to analysis nonlinear seismic response of soil -structure interac-tion system, and the result was compared with that of normal seismic waves .The result shows that the accelera-tion factors at ground surface have a tendency becoming smaller and the spectra of ground wave under long -peri-od rock wave grows bigger while that under normal rock wave hardly change with the maximum of rock accelera -tion changing bigger.The maximumacceleration and acceleration factors at pile cap are smaller than that of ground face with soil -structure-interaction in consideration.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】6页(P651-656)【关键词】不同类型地震波;土-结构动力相互作用;非线性动力响应;长周期反应特征分析【作者】高发通;陈清军【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092【正文语种】中文【中图分类】P315.31;TU430 引言长周期地震动特性很复杂，受到诸多因素的影响，如震源、震中距和场地条件等，引起了国内外学者的关注和研究［1］，胡文凯等［2］以深覆盖场地为背景，探讨了不同强度地震波作用下的长周期地震波反应特征，廖述清等［3］分析了长周期作用下高层结构的弹塑性动力响应.受限于资料和研究方法，目前关于长周期地震动作用下土－结构相互作用体系的动力响应的研究成果还比较少，且大多限于线弹性问题，弹塑性问题主要为上部结构的研究.本文采用 Abaqus内嵌的次弹性模型(Hypoelastic)模拟土的非线性行为，利用有限元法建立土－结构相互作用体系分析模型，选取不同类型的基岩地震波作为输入，对土－结构相互作用体系进行非线性地震响应分析，以探讨不同类型地震波作用下土－结构相互作用体系动力响应的差异.1 土－结构相互作用体系地震反应分析基本方程在地震作用下，土－结构相互作用体系的动力运动方程可写成为式中［M］，［C］和［K］分别为土－结构相互作用体系的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，{u}，{}和{ü}分别为节点位移、节点速度和节点加速度向量，üg为基岩运动加速度，{I}是元素均为1的向量.这里阻尼采用瑞利阻尼.本文采用 Full Newton(完全牛顿法)对方程(1)进行求解.采用次弹性(Hypoelastic)模型模拟土体的非线性行为.Hypoelastic模型假设材料的弹性模量E和泊松比μ是应变不变量(I1)的函数，其本构方程见公式(2).这对土体十分适合，因为土的强度与应变水平的关系十分紧密.尽管该模型未考虑土体动力滞后和降强效应，但它反映了土体的非线性行为.从试验成果来看，土体的降强效应对基础结构的影响并不显著，因此该模型若对侧重于基础结构反应的分析，将十分有效和快捷［5］.其中，σij，εij分别为应力和应变张量，当 i=j，δij=1;当i≠ j，δij=0.对于剪切模量～剪应变衰减曲线，粘性土、砂性土分别采用 Seed－Sun模型［6］、Seed－Idriss模型［7］;对于阻尼比～剪应变的变化曲线，两种土均采用Idriss模型［8］.与等效线性化不同的是，Hypoelastic模型在每一分析步对材料的模量进行迭代.采用文献［9］给出的模量比、阻尼比随剪应变变化的数字化形式，这里不再重复给出.2 输入地震波的选取本文选取3条长周期基岩波(1985年墨西哥地震记录TLHD－EW波、2003年日本十胜冲地震记录HKD031－NS波、HKD123－EW波)作为基岩输入，同时选取2条普通基岩波(1999年台湾集集地震记录CHY052－EW波、CHY052－NS波)作为对比.5条地震波的时程如图1所示.图1 地震波加速度时程图2给出了5条地震波的标准加速度反应谱.由图可见，3条长周期的地震波反应谱值在长周期部分较大，且在周期域中分布比较宽;2条普通波反应谱值集中分布在0～1.5s内.图2 地震波标准加速度反应谱(ξ=5%)3 土－结构相互作用体系地震反应分析3.1 土－结构相互作用体系有限元模型的建立本文以文献［10］给出的土层资料为背景建立有限元模型，上部结构为20层框架，层高均为4m.结构共计9跨，每跨4m.桩长14m，桩径1.6m，桩间距2.8m.有限元模型见图3.图3 土－桩－结构相互作用有限元模型图4 不同基岩输入时地表加速度时程图5 不同基岩输入时地表标准加速度反应谱3.2 数值计算与分析3.2.1 场地自由场地震反应分析取所选5条地震波峰值加速度水平分别为0.035 g，0.05g，0.10g 作为基岩输入，计算场地自由场反应.表1，表2分别给出了输入不同峰值的不同地震波时场地地表反应波的加速度峰值和地表加速度反应放大系数.对比不同输入峰值时的加速度放大系数可以看出，随着基岩输入地震波峰值的增大，地表加速度反应放大系数呈减小趋势.选取其中2条地震波(HKD123－EW波和CHY052－NS波)，给出不同输入峰值时的地表波时程，见图4.两条地震波的地表反应波均取前70s.表1 地表加速度峰值/g基岩输入峰值THLD－EW HKD031－NS HKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 0.107 0.103 0.103 0.098 0.0960.05 0.121 0.112 0.138 0.131 0.1250.10 0.162 0.165 0.165 0.178 0.170表2 地表加速度反应放大系数基岩输入峰值/g THLD－EW HKD031－NSHKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 3.04 2.94 2.94 2.792.740.05 2.43 2.24 2.77 2.62 2.510.10 1.62 1.65 1.65 1.78 1.70对比地表加速度时程可以看出，长周期地震波的地表反应波长周期成分远比普通波的丰富.随着输入峰值的增大，长周期地震波的地表反应波非线性行为更加显著.在加速度较大的时段，地表波卓越周期变长，加速度峰值的变化随输入的增加而趋于平缓.在加速度值较小的时段，不同输入峰值时，地表波区别不大.对比这两条波还可以看出，长周期地震波峰值较大的时段持时较长，而一般地震波较短.图6 不同基岩输入时承台加速度时程图7 不同基岩输入时承台处的标准加速度反应谱图5给出了不同基岩波不同输入峰值时的地表加速度标准反应谱.对比分析可知，随着基岩输入长周期地震波加速度峰值的增大，其场地地表反应波的反应谱值在长周期段有增大趋势，而普通地震波则不明显.3.2.2 土－结构相互作用效应分析取所选5条地震波峰值加速度水平分别为0.035 g，0.05 g，0.10 g 作为基岩波输入，计算土－结构相互作用体系地震响应.表3和表4分别给出了在输入不同峰值的不同地震波时承台加速度反应波的峰值和承台加速度反应放大系数.比较表1，表3和表2，表4结果，可知承台的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数总体上要小于自由场地表面的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数.图6给出了给出不同峰值输入时，基岩输入为HKD123－EW波和CHY052－EW 波时对应的承台的加速度时程.对比时程可以看出，当输入为长周期地震波时，承台加速度时程的长周期成分更加丰富.当输入峰值增大到0.10 g时，长周期地震波作为输入时承台的加速度响应变化更加显著.图8 不同基岩输入时结构顶部加速度时程表3 承台加速度峰值/g基岩输入峰值THLD－EW HKD031－NS HKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 0.089 0.101 0.093 0.094 0.0860.05 0.102 0.104 0.117 0.123 0.1140.10 0.171 0.140 0.144 0.126 0.150表4 承台加速度放大系数基岩输入峰值/g THLD－EW HKD031－NS HKD123－EW CHY052－EW CHY052－NS 0.035 2.53 2.88 2.66 2.67 2.470.05 2.03 2.09 2.34 2.46 2.280.10 1.71 1.40 1.44 1.26 1.50图7给出了不同基岩输入峰值时承台的标准加速度反应谱对比.对比分析可以看出，当输入峰值较小(0.035 g，0.05g)时，长周期地震波输入与普通波输入的承台加速度反应谱在长周期部分区别不大;当输入长周期地震波的峰值为0.10 g时，承台加速度反应谱值在长周期段有增大趋势，而普通地震波的承台加速度反应谱值在长周期段影响不明显.图8给出了不同输入峰值时结构顶部的加速度时程.当输入为长周期地震波时，结构顶部加速度响应的长周期成分较普通波输入时更多.随着输入的增加，结构顶部加速度响应长周期成分较相同输入时的地表及承台加速度更丰富.结构放大了土体非线性带来的结构基底输入频谱的变化，使得结构顶部加速度响应的长周期成分更加显著.4 结论本文分别以3条长周期地震波和2条普通地震波作为基岩输入，以Hypoelastic模型模拟土的非线性，探讨了不同类型地震波作用下土－结构相互作用体系非线性动力响应的差异.数值分析结果表明:(1)对于本文的二种地震波作用情形，随着基岩输入地震波峰值的增大，地表加速度反应放大系数呈减小趋势;(2)对比分析地表加速度标准反应谱结果，随着基岩输入长周期地震波加速度峰值的增大，其场地地表反应波的反应谱值在长周期段有增大趋势，而普通地震波的场地地表反应波的反应谱值在长周期段影响不明显;(3)考虑土―结构相互作用影响后，桩基承台的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数总体上要小于自由场地表面的加速度反应波峰值和加速度反应放大系数.参考文献:［1］谢礼立，周雍年，胡成祥，等.地震动反应谱的长周期特性［J］.地震工程与工程振动，1990，10(1):1 －20.［2］胡文凯，陈清军.不同基岩地震波作用下深覆盖场地的反应特征分析［J］.结构工程师，2010，Vol.26 No.5:85 －90.［3］廖述清，裴星洙，周晓松，等.长周期地震动作用下结构的弹塑性地震反应分析［J］.建筑结构，2005，Vol.35 No.5:24 －27.［5］马亢.地震作用下桩筏基础与土的动力相互作用机理研究［D］.四川:四川大学，2010.［6］Sun J I，Golesorkhi R，Seed H B.Dynamic Moduli and Damping Ratios for Cohesive Soils［R］.Report No.EERC88/l5，Earthquake Engineering Research Center，University of California，Berkeley，l988. ［7］Idriss I M，Sun J I.SHAKE91:A Computer Program for Conducting Equivalent Linear Seismic Response Analyses of Horizontally Layered Soil Deposits［R］User's Guide，University of California，Davis，California，l992.［8］Vucetic M，Dobry R.Effect of Soil Plasticity on Cyclic Response［J］.Journal of Geotechnical Engineering，ASCE，l99l，117(l):89－l07. ［9］黄雨，叶为民，唐益群，等.上海软土场地的地震反应特征分析［J］.地下空间与工程学报，2005，1(5):773－778.［10］陈清军，杨永胜.随机地震反应分析中侧向边境的影响分析［J］.岩土力学，2011，32(11):3442 －3447.。

考虑土-桩-结构相互作用的体育馆看台地震响应分析

２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｔｒａｃｔｏｒＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００３０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｉｍｐｅｄａｎｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｐｉｌｅ・ｓｏｉｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｌａｙｅｒｅｄｓｏｉｌ，ｉｔｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｔａｄｉｕｍｓｔａｎｄｓｗｉｔｈｐｉｌｅ — ｓｏｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎ —
摘要：基于对分层土条件下的土一群桩基础动力阻抗函数的求解，采用常数阻抗法结合子结构方法对体育馆看台进行了考虑土一桩一结构相互作用的地震响应分析．结果表明：由于地震波频谱特性的差别，体育馆看台结构在不同
地震波作用下的最大位移、最大加速度等响应有所差别，ＥＬ — Ｃｅｎｔｒｏ波与人工波接近，ＴＡＲ＿ＴＡＲＺＡＮＡ波作用下响应
略小；三层看台的地震响应总体上较一层看台响应有明显的放大．关键词：体育馆看台；动力阻抗；子结构方法；桩土相互作用；地震响应

基于土-结构相互作用的高层建筑三维地震反应分析

ｔｔｉｏｉｅａｉｎｏｏｉ－ｔｕｔｒｎｔｒｃｉｎ，ｔｅｆｅｕｎｃｎｈｅｋｖｌｅｏｃｅｅａｉｎｅｐｎｅｏｔｕｃｕｅｒｅｕｅｈａｎｃｎｓｄｒｔｏｆｓｌｓｒｃｕｅｉｅａｔｏｈｒｑｅｙａｄｔｅｐａａｕｆａｃｌｒｔｏｒｓｏｓｆｓｒｔｒａｅｒｄｃｄ，
［摘要］基于刚性地基假定的工程结构抗震计算方法未充分考虑场地土对结构地震反应的影响。为验证土－构相互作结用对高层建筑三维地震反应的影响，文针对某双塔高层建筑，别建立了单塔上部结构、塔整体结构以及土一构相互作本分双结用共同工作三维有限元模型。研究对比了各结构体系的动力特性，通过地震弹性时程反应分析法进行了结构体系三维地并
用的影响是必要的。
［键词］高层建筑；一构相互作用；地震反应；力特性；弹性时程反应分析关土结动
［中图分类号］Ｔ９３２Ｕ７．［献标识码］Ａ文
３ＤｉｍｉｓｎｅｏｌＢｕｉｎｇＢａｅｎＳｉ－ｔｕｃｕｒｎｅａｔｏＳｅｓｃＲｅｐｏｓｆＴａｌｌｄｉｓｄｏｏｌｓｒｔｅＩｔｒｃｉｎ

土与结构相互作用的动力响应研究

土与结构相互作用的动力响应研究土与结构相互作用是土木工程中一个重要的研究领域，对于工程结构的耐久性和安全性具有至关重要的影响。

在地震、风载和其他动力荷载的作用下，土与结构之间的相互作用会引起结构的动力响应，进而影响结构的性能。

本文将探讨土与结构相互作用的动力响应研究，以及与之相关的实验和数值模拟方法。

一、研究背景土与结构相互作用是土木工程中一项重要的研究内容。

在结构工程设计和施工中，土壤是结构的重要承载介质，土壤与结构之间的相互作用会对结构的性能产生显著影响。

特别是在地震、风载和其他动力荷载的作用下，土与结构的相互作用更加显著，可能引起结构的位移、振动和破坏。

因此，研究土与结构相互作用的动力响应对于保证工程结构的安全性和可靠性具有重要意义。

二、实验研究1. 共振台试验共振台试验是研究土与结构相互作用的常用实验方法之一。

通过在共振台上模拟地震或其他动力荷载的作用，可以真实地模拟土与结构的相互作用过程，获得结构的动力响应数据。

共振台试验不仅可以揭示土与结构相互作用的机理，还可以为结构的动力设计提供重要依据。

2. 模型试验模型试验是研究土与结构相互作用的另一种常用实验方法。

通过设计和制作缩尺模型，在模拟地震和其他动力荷载的作用下进行试验，可以研究结构的动力响应特性。

模型试验可以更加直观地表达土与结构相互作用的过程，并可以通过测量和记录各种参数来分析结构的响应机理。

三、数值模拟数值模拟是研究土与结构相互作用的重要手段之一。

通过数值方法可以模拟土与结构相互作用的过程，预测结构的动力响应。

数值模拟可以基于有限元方法、边界元方法或其他计算方法，通过建立相应的数学模型和计算模型，求解结构的动力响应方程，获得结构在动力荷载下的位移、振动和应力等信息。

四、动力相互作用机理在土与结构相互作用的研究中，动力效应是一个重要的研究内容。

土与结构之间的动力相互作用可以通过土体的刚度、阻尼特性以及结构的振动特征来描述。

这些相互作用机理对于结构的动力响应是至关重要的，可以从动态反力、动力特性、动态位移等方面分析土与结构之间的相互作用效应。

考虑土与结构相互作用时交通枢纽结构地震反应分析

ｓｉ —ｓｕｔｒｉｅａｔｎｈｎｔｅｍｎｄｌｆｗｐｃｌｒｓｓｃｏｓｆｈｉｎｎＴａｓｏａｉｕｅｅｓｏｌｔｃｅｎｒｃｏ，ｔｆｉｌｅｔｒｕｔｉｅｉｅｅｍｏｅｏｔｏｔｉａｃｏｓｅｔｎｅＴａｊｒｎｐｒｔｎｈｂｗｒｅ — ｙｉｏｔｉｔｏ
● 国防交通
ＮｔｎｌｒｆｃａｉａａｏＴｉ
考虑土与结构相互作用时
交通枢纽结构地震反应分析
管晔姜忻良张艳萍，，
（．１军事交通学院军事交通系，津３０６；．津大学建筑工程学院，津３０７）天０１１２天天００２
ＧｕｎＹｅ，ｉｎｎｉｎ，ｈｎｎｉｇａＪａｇＸｉｌｇＺａｇＹａｐｎａ
（．ｌａｒｎｐｒｔｎＤｐｒｅｔ１ＭｉｔｒＴａｓｏｔｉｅａｍｎ，ＭｉｔｒｎｐｒｔｎＵｉｒｔ，ｉｊ０１１ｉｙａｏｔｌａＴａｓｏａｉｎｅｓｙＴａｉ３０６，ｉｒｙｔｏｖｉｎｎ
ＳｅｓｉｓｎｉｍｃＲｅｐｏｄｓＡｎａｙｉｆＴｒｎｐｒａｉｎｌｓｓｏａｓ０ｔｔＯＨｕｂＳｔｕｃｕｒｎｓｄｒｎｇＳｏｌ—ＳｔｕｃｕｅＩｔｒｃｉｎｒｔｅＣｏｉｅｉｉ — ｒｔｒｎｅａｔｏ
ｔｂｌｓｅｄｂｓｎｈａｉｈｙｕｉｇｔｅＡＮＳｏｔｒＴｈｌｓｉＹＳｓｆｗａｅ．ｅｅａｔｃ— ｐｌｓｉｉｅｈｉｔｒｎｌｓｓｗａｄａｄｔｅｅｓｃｒｓｏｅｆａｔｃｔｓｏａａｙｉｓｍａｅ，ｎｈｓｉｍｉｅｐｎｓｓｏｍｙ