基于土与结构接触效应分析的动力相互作用研究

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结合国家自然科学基金课题《地基-基础-上部结构相互作用体系动力特性研究》(NO.50278033),以大比例桩筏基础框架模型试验为基础,运用通用有限元软件MARC,首先对土—框架结构动力相互作用体系进行有限元计算建模的一些问题作了研究,主要包括粘—弹性人工边界的施加、土域范围的选取、材料本构模型的选用、土体与结构交界面上状态非线性的模拟、网格划分以及对称性的应用等。然后按照上述建模原则和计算方法,建立三维桩筏基础框架模型进行有限元计算。计算中土体选用线性Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,钢筋混凝土采用随动双线性硬化本构模型,计算得到相互作用体系的基频及牵引释放时程曲线与试验结果吻合较好,表明所采用的计算模型和计算方法是合理可行的。 本文采用上述方法所建模型,对在不同基础形式下,不同地震波输入情况下土—结构动力相互作用的接触面效应问题进行了较系统的数值研究。以一局部埋入结构和箱基结构的试验模型作为算例,探讨了在地震作用下局部埋入式结构的二维接触面效应。在此基础上,对在地震作用下箱基础的接触面效应进行了较详细的定量分析。最后以本课题的野外大比例试验模型为背景,较详细的分析了土—结构动力相互作用体的接触面效应对框架结构牵引释放激震反应的影响。得到的结论是在地震作用下,土—结构非线性相互作用体系的动力反应较线性相互作用体系有明显的差别,箱基础的位移反应较线性情况有明显增大,在考虑非线性相互作用后,土—箱基—框架结构相互作用体系的底部内力要小于线性结果。
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