考虑土与结构相互作用时结构地震响应分析

考虑土与结构相互作用时结构地震响应分析

作者：杨婷， 宋力， 朱炳寅

作者单位：中国建筑设计研究院,北京 100044

1.学位论文李威桩-土-结构相互作用体系非线性地震反应分析2008

大量的理论分析和研究表明，考虑地基一基础一上部结构动力相互作用对结构物的动力特性具有重要的影响，其地震响应将发生显著的变化。而且对于不同的土层组成，不同的上部结构形式，相互作用体系所表现的受力和变形特点也不尽相同。

抗震规范在考虑结构相互作用时规定，剪力和层间位移可以进行折减。但折减方法是基于弹性条件提出的。同时抗震规范又要求罕遇地震作用下的结构必须进行弹塑性变形验算。但简化的变形验算方法是在地基刚性假定下得出的，考虑相互作用体系弹塑性特性后，对于各种不同的结构形式和建造场地，折减方法是否合理，简化弹塑性变形验算是否恰当，是一个仍值得研究的问题。而且目前对罕遇地震作用下土一结构相互作用的研究很少，考虑土一结构相互作用的弹塑性变形验算的成熟的研究成果更少。桩基础是一种应用广泛的深基础，在基础工程中具有重要的地位，因此桩-土-上部结构弹塑性动力分析是一个非常重要的研究课题。

本文在前人研究成果的基础上，利用ANSYS分析程序对桩-土体系以及桩-土-结构体系进行罕遇地震作用下的有限元数值模拟分析，研究了其地震反应方法及规律，具体工作包括：

(1)通过对文献的概括，评述了国内外开展土-结构动力相互作用研究的现状和发展水平，对桩-土-上部结构动力相互作用的方法进行了归纳总结。

(2)确定了适合于桩-土-结构体系的弹塑性本构关系，建立了一种桩-土-结构体系动力相互作用的有限元解决方法，包括非线性动力方程的求解方法，土体边界的模拟，网格大小的划分，阻尼的考虑等。

(3)建立了一种桩-土相互作用三维非线性有限元分析模型，充分考虑了材料的非线性和接触的非线性，并利用APDL语言实现了粘弹性边界在ANSYS中的二次开发，对进行弹塑性时程分析的粘弹性人工边界予以修正，分析了桩-土体系在Ⅱ、Ⅲ类场地上动力特性的变化规律。

(4)分别对上部为5层、10层或者20层的框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构的桩-土-结构相互作用体系在Ⅱ、Ⅲ类场地进行了非线性地震反应分析，对其内力和变形的反应特性进行了归纳对比。得出了一些有益的结论。

2.期刊论文董正方.陈兴冲.DONG Zheng-fang.CHEN Xing-chong土—结构相互作用的桩基础桥墩的地震响应-山

西建筑2008,34(8)

分析了整体法在求解土-结构相互作用问题时, 其粘弹性人工边界如何设置以及如何在ANSYS里实现的问题,对桩基础桥墩分别采用考虑土 -结构相互作用模型和<铁路工程抗震设计规范>中规定的模型进行了地震响应的计算,并对计算结果进行分析和比较,可为桩基础桥墩的设计提供参考.

3.期刊论文土-结构相互作用体系人工边界的动力反应与分析-力学季刊2009,30(3)

在结构-地基相互作用(SSI)体系的动力分析中人工边界的模拟与选取是一个关键因素,直接影响SSI体系的动力分析结果.人工边界模拟方法众多,目前对于不同人工边界在各种计算条件下模拟效果的比较研究所见不多.采用数值方法集中比较了工程中广泛应用的几种人工边界在SSI体系分析中的动力反应,详细分析了一维柱体在各种人工边界及输入的冲击荷载及正弦周期荷载作用下的动力分析结果的精确性及稳定性.研究结果表明,人工边界的动力模拟效果与输入震源的动力特性及分析介质的弹性常数存在密切的关系,即较高的输入震源频率需要较高的介质弹性波速,才能保证人工边界的稳定性与适用性.结合上海地区土体及地震波特性,指出本地区SSI体系的动力计算宜采用粘弹性人工边界.

4.学位论文李彬地铁地下结构抗震理论分析与应用研究2005

本文对地铁等地下结构的抗震分析理论及其工程应用进行了较为系统的研究，建立了土-结构相互作用问题的静-动力联合分析模型，研究了高烈度区内多个地铁工程的地震反应特性，进而提出了适用于地下结构抗震分析的Push-over方法。具体的研究工作如下：

(1)为了突破动力人工边界不能兼顾静力效应的局限，基于现有的粘弹性动力人工边界，结合半无限空间中静力问题基本解，提出了可以进行静-动力联合分析的粘弹性静-动力统一人工边界。

(2)研究了粘弹性人工边界上的波动输入方法，给出了粘弹性静-动力统一人工边界上静力边界条件的确定方法；进而探讨了粘弹性人工边界的数值模拟技术，并结合有限元分析软件MSC.Marc编制了辅助程序VSBC。

(3)基于粘弹性静-动力统一人工边界及相应波动输入方法，建立了土-结构动力相互作用问题的静-动力联合分析模型，该模型可以考虑结构材料非线性、土动力非线性等因素的影响。

(4)以伊朗德黑兰市地铁一号线北延线工程、北京市地铁五号线工程和阪神地震中严重破坏的大开地铁站为背景，对地铁地下车站及区间隧道进行了地震反应分析，总结了地铁地下结构的地震反应特性，研究了影响地下结构动力反应的控制地震动参数，建议将地面峰值相对位移作为一种针对地下结构的设计地震动参数。

(5)基于土-结构相互作用有限元分析方法建议了一种新的地下结构抗震分析的拟静力方法，进而提出了适用于地下结构抗震分析的Push-over方法

，并结合实际工程与基于粘弹性静-动力统一人工边界的静-动力联合分析方法进行了对比研究，证明了地下结构Push-over方法的可靠性及其良好的模拟精度。

(6)基于粘弹性人工边界实现了Rayleigh波的有效输入，解决了Rayleigh波的时域输入问题，初步研究了Rayleigh波作用下地下结构的动力反应特性。

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下载时间：2010年11月24日