改进Desai单元在桩-土动力相互作用中应用研究

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在地震荷载作用过程中,由于桩身材料性能与周围土体性质相差较大,桩体与土体的变形不一致,土体在桩-土接触面上发生张开或滑移,该强非线性接触行为直接影响接触面附近土体与桩体应力状态,从而影响上部结构地震响应水平。因此,对于特定的桩-土-结构地震响应除了选取合适的动力本构模型外,选取能反映真实动力相互作用的桩-土接触面模型是得到正确动力响应结果的关键问题之一。  本文在现有桩-土-结构体系地震动力相互作用研究基础上利用有限元软件ABAQUS对三维桩-土-结构体系精细有限元模型引入改进Desai薄层接触单元进行非线性地震动力响应分析。主要开展以下工作:  (1)通过有限元软件ABAQUS用户自定义单元UEL二次开发程序编写改进Desai薄层接触单元,加入Rayleigh阻尼项以模拟地震作用时桩-土能量耗散过程。采用S.C.Bandis双曲线模型模拟接触面法向本构关系,采用应变硬化的双曲线模型模拟两切向本构关系。规定该接-触单元在桩-土接触面上的行为规则以模拟土体在接触面粘结、滑动、张开、再闭合等接触状态。编写后处理程序UVARM对该UEL进行了可视化处理。  (2)建立简化三维桩-土-结构有限元模型对改进Desai薄层接触单元进行参数分析,对比Desai单元改进前后各参数对上部结构动力响应水平影响。  (3)建立精细三维桩-土-结构体系动力相互作用模型,混凝土本构模型采用考虑动态循环加载响应下混凝土拉压性能各异的塑性损伤模型;采用以等效剪切模量与阻尼比描述土体动力滞回性能的等效弹性模型;采用三维人工粘弹性一致边界以消除地震波在人工边界上的反射;采用结合中国规范反应谱生成的人工地震动在模型底部进行一致输入;对比了不同接触方法对上部结构动力响应影响。为工程结构抗震设计时程分析提供参考依据。
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