土结动力相互作用对框架结构地震反应的影响

结构地震反应分析与抗震验算计算题【最新版】

结构地震反应分析与抗震验算计算题 3.1 单自由度体系，结构自振周期T=0.5S，质点重量G=200kN，位于设防烈度为8 度的Ⅱ类场地上，该地区的设计基本地震加速度为0.30g，设计地震分组为第一组，试计算结构在多遇地霞作用时的水平地震作用。 3.2 结构同题3.1，位于设防烈度为 8度的Ⅳ类场地上，该地区的设计基 本地震加速度为0.20g，设计地设分 组为第二组，试计算结构在多遇地震 作用时的水平地震作用。 3.3 钢筋混凝土框架结构如图所示， 横梁刚度为无穷大，混凝土强度等级 均为C25，一层柱截面450mm#215;450mm，二、三层柱截面均

为400mm#215;400mm，试用能量法计算结构的自振周期T1。 3.4 题3.2的框架结构位于设防烈度为8度的Ⅱ类场地上，该地区的设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第二组，试用底部剪力法计算结构在多遇地震作用时的水平地震作用。 3.5 三层框架结构如图所示，横梁刚度为无穷大，位于设防烈度为8度的Ⅱ类场地上，该地区的设计基本地震加速为0.30g, 设计地震分组为第一组。结构各层 的层间侧移刚度分别为k1=7.5#215; 105kN/m，k2=9.1#215;105kN/m，

k3=8.5#215;105 kN/m，各质点的质 量分别为m1=2#215;106kg, m2=2#215; 106kg, m3=1.5#215;105kg，结构的自 震频率分别为ω1=9.62rad/s, ω2=26.88 rad/s, ω3=39.70 rad/s, 各振型分别为: 要求: ①用振型分解反应谱法计算结构在多遇地震作用时各层的层间地震力; ②用底部剪力法计算结构在多遇地震作用时各层的层间地震剪力。 3.6 已知某两个质点的弹性体系(图3-6)，其层间刚度为

水平地震作用计算

上海市工程建设规《建筑抗震设计规程》(DGJ08-9-2013)强制性条文 3 抗震设计的基本要求 3.1.1 抗震设防的所有建筑应按现行标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223 确定其抗震设防类别及其抗震设防标准。 3.3.1选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求，当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。 3.4.1建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；重不规则的建筑不应采用。 注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。 3.5.2结构体系应符合下列各项要求： 1应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。 2应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。 3应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。 4对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。 3.7.1 非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。 3.7.4框架结构的围护墙和隔墙，应估计其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。 3.9.1抗震结构对材料和施工质量的特别要求，应在设计文件上注明。 3.9.2 结构材料性能指标，应符合下列要求： 1 砌体结构材料应符合下列规定： 1)普通砖和多砖的强度等级不应低于MU10，其砌筑砂浆强度等级不应低于M5； 2)混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应 低于Mb7.5。 2混凝土结构的材料应符合下列规定： 1) 混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核 芯区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其它各类构件不应低于C20； 2) 抗震等级为一级、二级、三级的框架和斜撑构件(含梯段)，其纵向受力钢筋采 用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋 在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。 3钢结构的钢材应符合下列规定： 1) 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85； 2) 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%； 3) 钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。 3.9.4 在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足最小配筋率要求。

用MIDAS模拟桩土相互作用

用M I D A S模拟桩土相 互作用 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度） 北京迈达斯技术有限公司 2009年05月 2

1、引言 土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。 60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计算方法。我国公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)用的“m 法”计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国内广大 3

大间距双柱墩接盖梁桥墩横向地震反应研究

大间距双柱墩接盖梁桥墩横向地震反应研究 发表时间：2019-09-21T12:35:09.547Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：黄海峰 [导读] 摘要用有限元方法对大间距双柱墩盖梁的简支梁桥横向地震反应进行了全桥模型计算分析，并与我国城市桥梁规范方法的结果进行了比较。 中国市政工程西北设计研究院有限公司广东分公司广东东莞 523900 摘要用有限元方法对大间距双柱墩盖梁的简支梁桥横向地震反应进行了全桥模型计算分析，并与我国城市桥梁规范方法的结果进行了比较。讨论了墩高等因素对简支梁桥横向地震反应的影响。研究表明：对于大间距双柱简支梁桥的横向抗震计算应该采用全桥模型计算；我国现行城市桥梁抗震规范中的简化计算方法误差较大。 关键词：简支梁桥；横向地震力；规范 1 工程背景 随着城市化快速发展，城市土地资源越来越稀有，在城市桥梁建设中也要尽可能利用桥下空间，因此桥梁结构越来越多地采用大间距双柱墩。对于普通的公路简支梁桥，一般认为，结构横向刚度比纵向刚度大的多，故横桥向不控制设计。因此人们对横桥向地震反应研究比较少，对横桥向地震力的计算方法及其沿各墩的分配认识也不够。大间距双柱墩，自振周期较小，地震力往往比顺桥向地震力大。近来的震害经验也表明，横桥向的地震问题应引起足够的重视。 由于桥梁上部结构的质量远大于桥墩的质量，因此上部结构的地震力是桥梁的主要地震荷载，正确计算上部结构的地震力、合理确定各墩分担的上部结构地震力是桥梁抗震设计的重要内容。我国城市桥梁抗震设计规范中均规定，对于简支梁桥，横桥向各墩的地震荷载，均按单墩模型用反应谱方法计算，即把一个墩相邻两跨质量的一半集中在墩顶，不计各墩之间由于上部结构所产生的联系，以及上部结构的变形。文献[5]中根据大量的现场振动测量结果指出：梁的振动所产生的惯性力，引起了梁与墩的耦联振动，在大多数情况下，相对于墩的横向刚度来说，梁是一个比较柔性的结构，在研究桥梁的横向地震力时，梁的横向振动通常是不可忽略的。由于上部结构地震力沿各墩的分配，主要由上部结构的基本横向振型确定，因此忽略梁的变形按单墩模型计算桥梁的横向地震力必然存在误差。 本文重点讨论了设计中按单墩计算简支梁桥墩横桥向地震力与建立全桥模型计算出的简支梁桥横桥向地震的差别。 2 计算方法及模型 本文选择4x30混凝土简支小箱梁桥计算讨论，上部结构采用小箱梁、桥墩均为大间距双柱墩，各墩横向抗弯惯性矩相同，计算中主梁的横截面面积及质量保持不变。 对上述结构，按有限元方法，把上部梁及桥墩简化为三维梁单元，周期及振型用子空间迭代法计算，地震力按反应谱方法计算，反应谱取文献[3]中的Ⅲ类场地反应谱，水平地震系数为0.1。支座是桥墩与上部结构的联结件，它确立了梁与墩顶之间的位移关系。本文主要研究双柱墩接盖梁简支小箱梁抗震计算，上部小箱梁按梁格法进行模拟，支座按实际模拟，墩底约束采用出口刚度模拟，其三维计算模型如下所示： 4x30m简支小箱梁全桥三维计算模型 3 计算结果及分析 3.1 各墩高相同时的计算结果 首先以4跨简支箱梁桥为研究对象，假设各墩高度相同，通过调整墩高讨论了有限元模型计算出的上部结构横向地震力与规范方法计算结果的差别。 本文计算中，墩高分别取6m，8m，10m，12m，14m (此时横向第一周期由0．33s增大到0.74s)。根据墩高不同的情况，有5种计算工况。由于假定桥的跨径及梁的线密度不变，因此按城市抗震规范[3]计算的各墩地震力及周期只与墩高有关，与其它因素无关，其计算结果如表1所示，采用MIDAS模型计算结果如表2所示。 表1 按规范不同高度桥墩自震周期和地震力对比 表2 MIDAS模型计算不同高度桥墩自震周期和地震力对比 横向第一周期、2号墩剪力的有限元计算结果与规范方法计算结果的比较如图2所示。其中相对误差按下式计算：相对误差=（有限计算结果-规范结果）/（规范结果）x100%。

水平地震作用计算

上海市工程建设规范《建筑抗震设计规程》(DGJ08-9-2013)强制性条文 3 抗震设计的基本要求 3.1.1 抗震设防的所有建筑应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223 确定其抗震设防类别及其抗震设防标准。 3.3.1选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求，当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。 3.4.1建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。 注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。 3.5.2结构体系应符合下列各项要求： 1应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。 2应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。 3应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。 4对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。 3.7.1 非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。 3.7.4框架结构的围护墙和隔墙，应估计其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。 3.9.1抗震结构对材料和施工质量的特别要求，应在设计文件上注明。 3.9.2 结构材料性能指标，应符合下列要求： 1 砌体结构材料应符合下列规定： 1)普通砖和多孔砖的强度等级不应低于MU10，其砌筑砂浆强度等级不应低于 M5； 2)混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应 低于Mb7.5。 2混凝土结构的材料应符合下列规定： 1) 混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核 芯区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其它各类构件不应低于C20； 2) 抗震等级为一级、二级、三级的框架和斜撑构件(含梯段)，其纵向受力钢筋采 用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于 1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋 在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。 3钢结构的钢材应符合下列规定： 1) 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85； 2) 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%； 3) 钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

桩土相互作用下单桩特性

桩土相互作用下单桩特性分析 [摘要]：随着我们经济技术的发展，各种复杂建筑的不断涌现，桩土之间相互作用和协调工作问题的研究成为土木工程中非常重要的课题之一。桩基础作为一种常用的基础形式，以其承载力高、沉降量小而均匀、稳定性好、易于机械化作业等特点，在高层建筑及路桥工程及其它领域得到不断发展。国内外的学者在如何考虑桩基础与地基之间的共同作用方法的研究都进行了深入的讨论，并在实际工程得到了运用。桩土共同作用是一个非常复杂的系统，有必要进一步的研究桩土相互作用下单桩特性分析。本文借助大型通用有限元软件分析了桩和土体共同作用下的单桩的受力特性，揭示了桩土相互作用下单桩特性分析，为优化实际工程结构设计方案安全和经济性进行有效的预测和指导作用。 1 桩土本构模型的选取 本构模型选取是否合适对结构分析非常重要，本文土体选用弹塑性地基模型。桩土受荷时，当土体进入塑性阶段时，桩仍处于弹性变形阶段，桩与土体正比，其变形较小。因此，桩基选用线弹性模型。 1.1 弹塑性地基模型 本算例在采用有限元软件进行分析时，采用SOLID45单元来模拟，SOLID45单元用于建立三维实体结构模型，单元通过8个节点来定义，每个节点有3个分别沿着X、Y、Z方向平移的自由度[1]。由于土体和混凝土两种材料的性质相差较大，在一定的受力条件下有可能在其接触面上产生错动滑移或开裂。因此，在土体和混凝土的交界

面考虑接触效应。有限元程序提供了多种接触形式，并且能将纯拉格朗日乘子法和罚函数法结合起来。其中法向刚度因子取1.0，以避免取值过小导致造成总刚度病态，不便于收敛。本文采用刚体-柔体的面-面接触单元来模拟[2]。其中，土体当作“接触”面，利用TARGE173来模拟，作为柔性面。桩体当作“目标”面，利用TARGE170来模拟，作为刚性面。 3 计算结果分析 3.1 桩身的荷载与沉降关系 研究桩基在不同荷载作用下的荷载-沉降曲线是探究桩基受力机理的主要途径。单桩的P-S曲线如图3.1所示，可以看出，随着荷载的逐步加大，桩顶的沉降逐渐增加，由线性特征逐步表现出非线性的特性。在桩顶施加相同等级的荷载的情况下，桩的沉降量增加幅度却在加大，曲线的斜率不断增大，表现出明显的非线性，也说明了土体为D-P材料，在荷载作用过程中，不仅发生弹性变形，同时也产生的塑性变形。 图3-2 单桩P-S曲线与桩长的关系 由图3-14可知，不同桩长的P-S曲线都有明显的拐点，且在拐点之后都发生了塑性流动。与此同时，相同荷载作用下，桩顶沉降随桩长的增大而逐渐减小，在相同桩顶沉降处，单桩承载力随桩长的增大而逐渐增加。 3.2 土体压缩模量的影响 为了探讨桩间土的压缩模量对桩土共同作用的沉降影响，分别取

横向减震体系作用下斜拉桥的地震反应分析

独塔双索面铁路斜拉桥抗震性能分析 近些年，随着桥梁设计和建造水平的提高，桥梁不断向轻型大跨方向发展。由于地震作用对桥梁安全性产生重大影响，因此需采取必要措施和技术提高桥梁结构的抗震性能。一般来说，传统意义上人们采用增大结构强度和刚度的方法来提高结构的整体性和抗震能力，但这种方法不能真正起到耗能的作用且在一定程度上不符合安全经济的要求[1~2]。在实际的桥梁工程中，通常采用更加合理的减震技术达到耗能减震的目的，常用的减震方法主要有三种：基础隔震、耗能减震和被动调谐减震[3]。 本文以穗盐特大铁路斜拉桥为例，对其安装E型钢阻尼支座和横向约束作用的减震体系结构抗震性能进行分析，并与无减震支座体系作用下的反应比较，讨论和分析减震措施的有效性。 1工程概况 穗盐路特大铁路斜拉桥是新建铁路贵阳至广州线上引入广州枢纽工程的一座四线铁路桥，即为引入新广州站客运专线场的四线客运专线桥，该桥处于R=1150m的曲线区段。该桥为四线铁路独塔双索面钢箱弯斜拉桥，其跨径分布为：32.6m+175m+175m+32.6m,桥宽24m（见图1）。该独塔斜拉桥设有一辅助墩，主梁与桥塔的连接处采用固结方式，主桥结构约束体系为：边墩设置两个纵向活动E型钢抗震阻尼支座，一个横向约束销钉；辅助墩设置三个双向活动支座，两个横向约束销钉。主塔、辅助墩和边墩下均为桩基础。主梁断面有钢箱梁和混凝土箱梁两种，两辅助墩之间采用钢箱梁，辅助墩与边墩之间则为混凝土箱梁。穗盐路铁路斜拉桥桥址所处地区的地震基本烈度为7度，峰值加速度为0.1g，特征周期为0.35s，场地类别为II类[4]。

图1 主桥总体布置图 穗盐路斜拉桥工程是一个大型的桥梁工程，投资很大，在政治经济上具有非常重要的地位，一旦遭到地震破坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失将会非常巨大。因此，进行正确的抗震研究，确保其抗震安全性具有非常重要的意义。 2抗震设防标准和地震动输入 2.1抗震设防标准 确定工程的抗震设防标准需要在经济与安全之间进行合理平衡，这是桥梁抗震设防的合理原则。根据前期研究结果，穗盐路特大铁路斜拉桥采用100年10％（地震水平I，简称P1概率）和100年4％（地震水平II，简称P2概率）两种超越概率地震动进行抗震设防。具体性能目标可参见表1 表1 设防标准与相应的性能目标 2.2地震动输入 根据中国地震局地壳应力研究所提供的《贵广铁路贺州至广州段重点工程场地地震安全性评价报告》，得到100 年超越概率10%、4%两个概率水平的场址地表水平向加速度峰值 A、地震动反应谱特征周期g T等参数如下表2。 m 表2 场地设计地震动水平向峰值加速度及加速度反应谱（5％阻尼比）参数值 表的场地设计地震动水平向峰值加速度( A)及加速度反应谱参数值。竖向设计地震动参数 m 按相应的水平地震动的2/3取值。 在进行地震反应分析时，采用100年10％和100年4％的超越概率，阻尼比为5％的场地反应谱输入，如图2所示。考虑到斜拉桥作为柔性结构（阻尼比通常取3%），具体计算时，对反应谱进行阻尼调整，阻尼调整系数 C应按下式取 d 值：

土与结构相互作用

土与结构相互作用 在建筑结构的设计计算中，通常是将上部结构、地基和基础三者分开来考虑，作为彼此离散的独立结构单元进行静力平衡分析计算。在上部结构的设计计算中，不考虑基础刚度的影响；而在设计基础时，也未考虑上部结构的刚度，只计算作用在基础顶面的荷载；在验算地基承载力和进行地基沉降计算时，亦忽略了基础的刚度，而将基底反力简化为直线分布，并视其为柔性荷载，反向施加于地基。这种设计方法在50年前大型、高层建筑没有出现的情况下，可以说是适用的。但随着高层、大型、复杂建筑的修建，地基相对上部结构来说相互柔性，因而，地基刚性的假设不再成立，在设计结构时，就必须考虑地基与上部结构的相互作用问题，把二者作为一个整体进行耦合分析。 土与结构相互作用理论研究已经有相当丰富的经验，已取得了一些成果。土与结构相互作用分为静相互作用和动相互作用。 土与结构静力相互作用理论主要有： Meyerhof G G博士提出估算框架等效刚度的公式以考虑共同作用，在计算箱型基础土与结构共同作用时，按箱基抗弯刚度与上部框架结构考虑柱影响的有效刚度比例来分配总弯矩。 Cheung Y K应用有限元研究地基基础的共同作用，为共同作用的发展提出了另一发展方向。 Haddain M J利用子结构分析方法研究地基基础与上部结构的共同作用，为利用有限元分析高层建筑结构打下基础。 土与结构动力相互作用理论： Lsymer和Richart 提出了解决土与结构动力共同作用的集中参数法，为解决土与结构动力共同作用的计算奠定了基础。 Paramelee 率先对土和结构系统提出了比较合理的力学模型：将地基理想化为半无限空间，上部结构理想化为带刚性底板的单自由度刚架，其刚性底板搁置在地基土表面。这一力学模型的提出，标志着土与结构动力共同作用的研究进入深化阶段。

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a n s y s 桩土相互 作用 例子 /prep7 et,1,pla ne42 et,2,solid45 mp,ex,1,2.5e10 mp, nu xy,1,0.2 mp,de ns,1,2500 mp,ex,2,2.5e8 mp, nu xy,2,0.4 mp,de ns,2,2000 tb,dp,2 tbdata,1,19,32,30 桩的弹性模量桩的泊松比 桩的密度 土的弹性模量土的泊松比 土的密度 粘聚力c为19摩擦角为32度，膨胀角为30 RECTNG,0,1,0,8, RECTNG,1,5,0,6, 面1 面2 RECTNG,0,5,0,-16,面3 /pnu m,area,1 /pnu m,li ne,1 asel,s,,,2,3,1 aglue,all nu mcmp,all allsel aplot lsel,s,,,1,3,2 划分面1 lesize,all,,,2 lsel,s,,,2,4,2 lesize,all,,,16 amesh,1

lsel,s,,,6,8,2 划分面2 lesize,all,0.5 lsel,s,,,5 lesize,all,0.5 lsel,s,,,7 lesize,all,0.5 amesh,2 lsel,s,,,11 划分面3 lesize,all,0.5 lsel,s,,,12 lesize,all,0.5 lsel,s,,,10 lesize,all,0.5

lsel,s,,,9 lesize,all,0.5 amesh,3 EXTOPT,ESIZE,2,0, EXTOPT,ACLEAR,1 type,2 mat,1 VEXT,1,,,,,-1 ! 拉伸成体1 EXTOPT,ESIZE,2,0, ! 拉伸成体2，3 EXTOPT,ACLEAR,1 mat,2 VEXT,2,3,1,,,-1 allsel /view,1,1,1,1 eplot k,1001,5,6,-5 k,1002,5,0,-5 k,1003,5,-16,-5 l,18,1001 l,1001,1002 l,1002,17 l,1002,1003 l,1003,21 al,22,36,37,38 al,30,38,39,40 面! 4 和面5 EXTOPT,ESIZE,10,0, EXTOPT,ACLEAR,1 VEXT,19,20,1,-5 !拉伸成体4 和5 vplot vsel,s,,,4,5,1 vplot lsel,s,,,36,52,1 lesize,all,0.5 type,2 mat,2 vmesh,all allsel !划分体4和 5 vsel,s,,,2,5,1 VPLOT !合并体2，3，4，5 上的重复单元及节点

用MIDAS模拟桩土相互作用

1 用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度） 北京迈达斯技术有限公司 2009年05月

1、引言 土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国内外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。 60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国内外得到了广泛的应用。集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。 2 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规范中土弹簧的计算方法。我国公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien 的方法要简单和方便，且为国内广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。 本次介绍的土弹簧的模拟是采用规范中的“m法”确定土的地基系数C（m的取值根据土的物性而定）,再由其算出土弹簧的水平刚度。

桩土相互作用计算报告

云浮至阳江高速公路罗定至阳春段 （S02合同段） 独桩独柱桥墩桩基桩土作用弹塑性仿真分析 计算书 设计部主任: 计算: 日期: 复核: 日期: 项目负责人: 日期: 审核: 日期: 广东省公路勘察规划设计院有限公司 2010年10月

目录 1.1模型及边界条件 (3) 1.1.1 分析目标 (3) 1.1.2 采用软件 (3) 1.1.3 模型 (4) 1.1.4 材料性质 (4) 1.1.5 荷载 (4) 1.1.6 单元选择 (4) 1.1.7 边界条件 (5) 1.2分析结果 (5) 1.2.1 嵌岩深度2倍桩直径分析结果 (5) 1.2.2 嵌岩深度3倍桩直径分析结果 (8) 1.2.3 裸岩嵌岩深度3倍桩直径分析结果 (11) 1.2.4 嵌岩深度4倍桩直径分析结果 (14) 1.2.5 仅竖直力作用桩基分析结果 (17) 1.3结论 (18)

1.1模型及边界条件 1.1.1分析目标 本项目设计有大量独桩独柱墩，桩基承受轴向力同时承受巨大的弯矩；然而，灰岩地区岩石埋深浅或岩石裸露，如何确定桩基础经济合理及安全可靠的的嵌岩深度，保证桩土应力长期稳定及桩顶位移满足上部结构的使用要求并具有一定的超载能力，规范及相关文献未见其解。 分析的目标：考虑轴向和侧向加载下，研究不同嵌岩深度桩基附近岩土的塑性发展状态、桩周土及桩底土的应力状态、桩顶的位移，以确定桩基础经济及合理的嵌岩深度。 1.1.2采用软件 采用FLAC 3D岩土力学有限元软件进行空间弹塑性仿真分析。 FLAC 3D美国Itasca咨询公司开发，作为世界范围内应用最广泛的通用岩土工程数值模拟软件，在全球138个国家应用于设计计算及科学研究，在国际岩土工程学术界及工业界得到广泛赞誉。FLAC3D中的本构模型及其应用：

附录H 单层厂房横向平面排架地震作用效应调整

附录H 单层厂房横向平面排架地震作用效应调整 H.1 基本自振周期的调整 H.1.1 按平面排架计算厂房的横向地震作用时，排架的基本自振周期应考虑纵墙及屋架与柱连接的固结作用，可按下列规定进行调整： 1 由钢筋混凝土屋架或钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架，有纵墙时取周期计算值的80%，无纵墙时取90%； 2 由钢筋混凝土屋架或钢屋架与砖柱组成的排架，取周期计算值的90%； 3 由木屋架、钢木屋架或轻钢屋架与砖柱组成排架，取周期计算值。 H.2 排架柱地震剪力和弯矩的调整系数 H.2.1 钢筋混凝土屋盖的单层钢筋混凝柱厂房，按H.1.1确定基本自振周期且按平面排架计算的排架柱地震剪力和弯矩,当符合下列要求时，可考虑空间工作和扭转影响，并按H.2.3的规定调整： 1 7度和8度； 2 厂房单元屋盖长度与总跨度之比小于8或厂房总跨度大于12m； 3 山墙的厚度不小于240mm，开洞所占的水平截面积不超过总面积50%，并与屋盖系统有良好的连接； 4 柱顶高度不大于15m。 注：1.屋盖长度指山墙到山墙的间距，仅一端有山墙时，应取所考虑排架至山墙的距离； 2.高低跨相差较大的不等高厂房，总跨度可不包括低跨。 H.2.2 钢筋混凝土屋盖和密铺望板瓦木屋盖的单层砖柱厂房，按H.1.1确定基本自振周期且按平面排架计算的排架柱地震剪力和弯矩,当符合下列要求时，可考虑空间工作，并按第H.2.3条的规定调整： 1 7度和8度； 2 两端均有承重山墙 3 山墙或承重(抗震)横墙的厚度不小于240mm，开洞所占的水平截面积不超过总面积50%，并与屋盖系统有良好的连接；

4 山墙或承重(抗震)横墙的长度不宜小于其高度； 5 单元屋盖长度与总跨度之比小于8或厂房总跨度大于12m。 注:屋盖长度指山墙到山墙或承重(抗震)横墙的间距。 H.2.3 排架柱的剪力和弯矩应分别乘以相应的调整系数除高低跨度交接处上柱以外的钢筋混凝土柱其值可按表H.2.3-1采用,两端均有山墙的砖柱，其值可按表H.2.3-2采用。 H.2.4 高低跨交接处的钢筋混凝土柱的支承低跨屋盖牛腿以上各截面，按底部剪力法求得的地震剪力和弯矩应乘以增大系数，其值可按下式采用： 式中η－地震剪力和弯矩的增大系数； ζ－不等高厂房低跨交接处的空间工作影响系数，可按表H.2.4采用； nh－高跨的跨数； n0－计算跨数，仅一侧有低跨时应取总跨数，两侧均有低跨时应取总跨数与高跨跨数之和； GEL－集中于交接处一侧各低跨屋盖标高处的总重力荷载代表值；

5.6荷载效应和地震作用组合的效应

〈〈高层建筑混凝土结构技术规程》 5. 6荷载效应和地震作用组合的效应 5. 6荷载效应和地震作用组合的效应 5.6.1 持久设计状况和短暂设计状况下，当荷载与荷载效应按线形关系考虑时，荷载基本组合的效应设计值应按下式确定： S =Y G&k +Y L Q Y Q&k w Y w S wk ( 5.6.1 ) 式中：S――荷载组合的效应设计值；Y G永久荷载分项系数；Y Q――楼面活荷载分项系数； Y w――风荷载的分项系数；Y L――考虑结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为50年时取1.0，设计使 用年限为100年时取1.1 ；S3k 永久荷载效应标准值；S Qk 楼面活荷载效应标准值； S-――风荷载效应标准值；》Q、》w――分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0 ;当可变荷载效应起控制作用时应分别取 1.0和0.6或0.7和1.0。 注：对书库、档案室、储藏室、通风机房和电梯机房，本条楼面活荷载组合值系数取0.7的场合应取为0.9。 5.6.2 持久设计状况和短暂设计状况下，荷载基本组合的分项系数应按下列规定采用： 1永久荷载的分项系数Y G当其效应对结构承载力不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取 1.2，对由永久荷载控 制的组合应取1.35 ;当其效应对结构有利时，应取 1.0 ； 2楼面活荷载的分项系数Y Q：—般情况下应取1.4 ； 3风荷载的分项系数Y w应取1.4。 2位移计算时，本规程公式(5.6.1 )中个分项系数均应取1.0。 5.6.3 地震设计状况下，当作用与作用效应按线形关系考虑时，荷载和短暂作用基本组合的的效应设计值应按下式确定： S d S=Y °&E + Y Eh Shk + Y Ev Svk +书w Y Sk (5.6.3 ) 式中：S――荷载和地震作用组合的效应设计值；S GE――重力荷载代表值的效应； S Ehk――水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； S Evk ――竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； Y G――重力荷载分项系数；Y w――风荷载分项系数；Y Eh――水平地震作用分项系数；Y E ------------- 竖向地震作用分项系数； 屮w――风荷载组合值系数，应取0.2。 5.6.4 地震设计状况下，荷载和地震作用基本组合的分项系数应按表 5.6.4 采用。当重力荷载效应对结构的承载力有利时， 表5.6.4 中Y G不应大于1.0。 2 "―"表示组合中不考虑该项荷载或作用效应。 5.6.5 非抗震设计时，应按本规程第5.6.1 条的规定进行荷载组合的效应计算。抗震设计时，应同时按本规程第 5.6.1条 和5.6.3 条的规定进行荷载和地震作用的效应计算；按本规程第 5.6.3 条计算的组合内力设计值，尚应按本规程的有关规定 进行调整。

用MIDAS模拟桩土相互作用

用MIDAS模拟桩-土相互作用（“m法”确定土弹簧刚度） 迈达斯技术 2009年05月

1、引言 土与结构相互作用的研究已有近60～70年的历史，待别是近30年来，计算机技术的发展为其提供了有力的分析手段。桩基础是土建工程中广泛采用的基础形式之一，许多建于软土地基上的大型桥梁结构往往都采用桩基础，桩-土动力相互作用又是土-结构相互作用问题中较复杂的课题之一。至今已有不少关于桩基动力特性的研究报告，国外研究人员也提出了许多不同的桩-土动力相互作用计算方法。从研究成果的归类来看，理论上主要有离散理论和连续理论及两者的结合，解决的方法一般有集中质量法、有限元法、边界元法和波动场法。 60～70年代，美国学者J.penzien等在解决泥沼地上大桥动力分析时提出了集中质量法，目前已在国外得到了广泛的应用。集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩一土体系的质量联合作为一个整体，来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。该模型假定桩侧土是Winkler连续介质。以半空间的Mindlin静力基本解为基础，将桩-土体系的质量按一定的厚度简化并集中为一系列质点，离散成一理想化的参数系统。并用弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，形成一个包括地下部分的多质点体系。 土弹簧刚度的确定，除考虑使用较为精确的有限元或边界元方法外，较为简便的方法是采用Penzien模型中提供的土弹簧计算方法或参照现行规中土弹簧的计算方法。我国公路桥涵地基与基础设计规(JTG D63-2007)用的“m法”计算方法和参数选取方面比Penzien的方法要简单和方便，且为国广大工程师所熟.“m法”的基本原理是将桩作为弹性地基梁，按Winkler假定（梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比）求解。但是，由于桩-土相互作用的实验数据不足，土的物性取值有时亦缺乏合理性，在确定土弹簧的刚度时，仍有不少问题未能很好解决。特别是，“m法”中m的取值对弹簧刚度的计算结果影响很大，且不能反映地震波的频率特性和强度带来的影响。 本次介绍的土弹簧的模拟是采用规中的“m法”确定土的地基系数C（m的取值根据土的物性而定）,再由其算出土弹簧的水平刚度。

承载力抗震调整系数的正确应用

承载力抗震调整系数得正确应用 一、有关规范对承载力抗震调整系数γ RE 得规定 旧《建筑抗震设计规范》(QBJ 11—89)中第4.4.2条以及新《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)中第5.4.2条中规定,结构构件得截面抗震验算应采用表达式S≤R ／γ RE ,式中:S为地震作用效应与其她荷载作用效应得基本组合,R为结构构件得承载力设计值。 《混凝土结构设计规范》(QBJ 10—89)第8.1.3条、《钢筋混凝土高层建筑结构与施工规程》(GBJ 13—91)第5.5.1条进一步对钢筋混凝土结构具体规定为:考虑地 震作用组合得钢筋混凝土结构构件,其截面承载力应除以承载力抗震调整系数γ RE 。而偏心受压、受拉构件得正截面承载力在抗震与非抗震两种情况下取值相同。 二、在γ RE 使用中得常见错误 应该说,上述规范得规定已经明确规定了γ RE 得用法,即对非抗震得截面承载力, 通过引入γ RE ,对截面承载力加以提高,用作抗震设计时得截面承载力。然而,在实际 应用中,却常因为对γ RE 得理解不完全或不够重视,出现这样或那样得错误。最典型得一个例子就是《一级注册结构工程师专业考试应试题解》中第5页得[题1—2抗震偏 压柱得配筋计算]中与γ RE ,应用有关得内容有: (1)根据柱轴压比为0.12确定偏压柱γ RE 为0.75。 (2)利用γ RE 对柱内力进行调整:M=γ RE M 1 ,N=γ RE N 1 ,其中M 1 ,N 1 为有地震作用组合得 最不利内力设计值。 (3)求偏心距增大系数时,截面曲率得修正系数为ξ1=0.5fcA／N。 错误就出在第(3)步中ξ1=0.5fcA／N。此处N取为经过γ RE 调整后得轴向力

地层地震反应特性作业

地层的振动反应特性读书报告 一.振动台实验技术 振动模型试验是研究地下结构地震反应与抗震性能的重要途径,主要包括普通振动台试验和离心机振动台试验。普通振动台试验是目前应用最为广泛的结构抗震试验方法,近年来,国内学者对地铁等地下结构的地震反应进行过多次振动台试验研究,取得了一定的研究成果。但普通振动台模型试验是在1g的重力加速度环境下进行的,由于模型与原型相比几何尺寸缩小到几分之一,因此在正常重力条件下,模型的应力水平尤其是自重应力水平与原型有一定差距。对于土-结构相互作用系统,由于土体为强非线性材料,其剪切模量为剪应变的函数,应力应变水平对土体承载力和变形有较大影响,因此振动台试验结果与实际情况相比可能会有一定差距。但是振动台设备在国内数目相对较多,这为普通振动台试验的开展创造了有利的条件,因此,普通振动台试验今后仍将在研究地下结构地震反应与抗震性能方面发挥巨大的作用。对于普通振动台试验,如何能够更好地模拟原型结构与原型地基土体的应力水平尤其是自重应力水平,需要在模型相似设计、试验材料选取、配重施加等方面进行深入研究。 离心机振动台试验通过增加模型的场加速度,可以模拟出与原型相等或相近的应力水平,逼真重现原型的物理特性,在再现动力反应、观测物理机制、检验评价方法以及对比设计方案等方面具有突出的优越性,在欧美、日本等发达国家得到了广泛的应用。目前,动力离心模型试验技术已在国内岩土工程地震问题的研究中得到应用,并取得了良好的效果,但是仍然有如下因素制约着离心机振动台试验的开展: (1)目前我国离心机振动台试验设备较少,只有香港科技大学、南京水利科学研究院和清华大学分别建成了一台土工离心机振动台试验设备,这直接制约了离心机振动台试验的开展。鉴于离心机振动台试验在土工模型试验方面巨大的优越性,因此可以考虑发展更多的较高规格的土工离心机振动台试验系统。 (2)地下结构断面尺寸普遍较大,而土工离心机振动台尺寸相对较小,在有些情况下,几何尺寸相似关系并不能满足原型与模型应力水平相同的要求,因此需要在模型相似设计、试验设备、试验技术和发展新的试验材料方面开展进一步的研究工作。 目前已完成的大部分振动台试验和离心机振动台试验对于地基土体的处理均较为简化,如何在考虑土-结构动力相互作用效应的振动模型试验中再现复杂地基的影响,是振动台模型试验和离心机振动台模型试验共同面对的问题。断层、可液化土层和不均匀成层地基等情况在实际地下工程中经常遇到,对地下结构的抗震性能会产生重要的影响,如何在振动模型试验中再现这些复杂场地的影响,是大跨度、大平面尺寸地下结构振动模型试验所要解决的关键问题之一。 二.振动台实验相关实例 振动台模型试验由于尺寸的不足而必然涉及到模型与原型的相似问题，在地铁地下结构振动台试验中相似问题包括：模型结构的相似、土的相似以及土与结构相互作用的相似。进行一般工程结构振动台试验时，模型完全相似就难以满足，再加上土以及地铁结构与土相互作用相似问题，做到完全满足相似率的要求就更加困难了，但通常可以根据研究目的的不同，保证主要参数满足相似关系，或采取相关技术措施(采用配重来增加重力加速度)等途径近似满足，而次要参数相似比尽量与主要因素接近。在动力相似方面，以Harris为代表的学者对振动台上的动力相似理论进行了一系列的研究和探讨，发展了结构动力模型试验技术，但国

5.6荷载效应和地震作用组合的效应

《高层建筑混凝土结构技术规程》5.6荷载效应和地震作用组合的效应 5.6荷载效应和地震作用组合的效应 5.6.1持久设计状况和短暂设计状况下，当荷载与荷载效应按线形关系考虑时，荷载基本组合的效应设计值应按下式确定： S d＝γG S Gk＋γLψQγQ S Qk＋ψwγw S wk（5.6.1） 式中：S d——荷载组合的效应设计值；γG——永久荷载分项系数；γQ——楼面活荷载分项系数； γw——风荷载的分项系数；γL——考虑结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为 50 年时取 1.0，设计使用年限为 100 年时取 1.1；S Gk——永久荷载效应标准值；S Qk——楼面活荷载效应标准值； S wk——风荷载效应标准值；ψQ、ψw——分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取 0.7 和 0.0；当可变荷载效应起控制作用时应分别取 1.0 和 0.6 或 0.7 和 1.0。 注：对书库、档案室、储藏室、通风机房和电梯机房，本条楼面活荷载组合值系数取 0.7 的场合应取为 0.9。 5.6.2持久设计状况和短暂设计状况下，荷载基本组合的分项系数应按下列规定采用： 1永久荷载的分项系数γG：当其效应对结构承载力不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取 1.2，对由永久荷载控制的组合应取 1.35；当其效应对结构有利时，应取 1.0； 2楼面活荷载的分项系数γQ：一般情况下应取 1.4； 3风荷载的分项系数γw应取 1.4。 2位移计算时，本规程公式（5.6.1）中个分项系数均应取 1.0。 5.6.3地震设计状况下，当作用与作用效应按线形关系考虑时，荷载和短暂作用基本组合的的效应设计值应按下式确定： S d S＝γG S GE＋γEh S Ehk＋γEv S Evk＋ψwγw S wk（5.6.3） 式中：S d——荷载和地震作用组合的效应设计值；S GE——重力荷载代表值的效应； S Ehk——水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； S Evk——竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数； γG——重力荷载分项系数；γw——风荷载分项系数；γEh——水平地震作用分项系数；γEv——竖向地震作用分项系数；ψw——风荷载组合值系数，应取 0.2。 5.6.4地震设计状况下，荷载和地震作用基本组合的分项系数应按表 5.6.4 采用。当重力荷载效应对结构的承载力有利时，表 5.6.4 中γG不应大于 1.0。 表 5.6.4A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m） 注：1g 为重力加速度； 2"—＂表示组合中不考虑该项荷载或作用效应。 5.6.5非抗震设计时，应按本规程第 5.6.1 条的规定进行荷载组合的效应计算。抗震设计时，应同时按本规程第 5.6.1 条和 5.6.3 条的规定进行荷载和地震作用的效应计算；按本规程第 5.6.3 条计算的组合内力设计值，尚应按本规程的有关规定进行调整。 1 / 1