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地下复合结构动力特性研究

作　者: 张林
导　师: 林从谋
学　校: 华侨大学
专　业: 结构工程
关键词: 地下复合结构动力特性柔性夹层
分类号: TU93
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着社会经济的发展，全球资源的短缺和环境的恶化，地下空间的开发和利用已经被提至极为重要的地位，地下工程的实践活动也在日益的增多；为了减少爆炸、地震以及其它的振动灾害，地下结构应具有足够的抗动载能力。基于此，本文对地下复合结构的动力计算方法和地下复合结构的动力特性进行了探讨，主要内容如下： 1、综述了地下工程的发展概况、地下结构计算理论的发展以及设计模型的分类情况，研究了地下复合结构体系的构成以及柔性夹层在地下复合结构体系中的作用。 2、简要的概述了哈密顿(Hamilton)变分原理，根据地下复合结构的受力性能和爆炸引起的压力波在岩体中的传播规律等，通过引入4条基本假设，将承受爆炸冲击波荷载作用下的地下多层复合圆形结构简化成由一定厚度的围岩结构、柔性夹层弹塑性体及内部刚性衬砌结构组成的复合结构体系，并根据哈密顿(Hamilton)变分原理，建立了体系的广义能量泛函，且通过在柔性夹层中引入Druck-Prager屈服准则来描述柔性材料的弹塑性性质，从而给出了地下复合结构动力响应振动微分方程，并采用Wilson-θ法对方程组进行迭代求解。将理论计算结果与文献试验数据进行了比较分析，验证了该方法的正确性。 3、基于非线性振动理论，考虑结构动力反应时材料非线性因素，针对地下复合结构的性态特征，以及结构和土体的相互作用机理，利用ANSYS有限元程序建立适用有限元模型。在建模的基础上，对地下复合结构进行了数值模拟，并对所得分析结果与理论计算结果进行比较验算分析，且对地下复合结构进行动力响应分析，完善地下复合结构动力性能的基本规律。 4、利用数值模拟的方法探讨了柔性夹层对地下复合结构动力性能的影响，研究了柔性夹层厚度和声阻抗对地下复合结构动力性能的影响，为提高动荷载作用下地下复合结构抗力和抗振性能提供了定量的和有规律性的研究结果。

全文目录

目录  3-6
英文摘要  6-7
中文摘要  7-8
第一章绪论  8-19
  §1.1 引言  8
  §1.2 课题的研究现状及其发展趋势  8-16
    1.2.1 地下结构发展现状  8-10
    1.2.2 地下结构计算理论现状  10-12
    1.2.3 地下结构动力响应研究发展概况  12-13
    1.2.4 地下结构动力响应研究现状  13-16
  §1.3 课题的提出及其意义  16-18
  §1.4 本文的研究方法及其研究内容  18-19
第二章地下复合结构动力响应计算  19-44
  §2.1 引言  19
  §2.2 哈密尔顿广义动力变分原理  19-21
  §2.3 地下复合结构动力响应振动微分方程  21-31
    2.3.1 基本假设  21
    2.3.2 相关物理量表达式  21-26
    2.3.3 动力响应振动微分方程  26-31
  §2.4 柔性夹层本构模型  31-33
  §2.5 地下复合结构动力响应方程求解  33-37
    2.5.1 线性动力反应振动方程求解  33-35
    2.5.2 非线性动力反应振动方程求解  35-37
  §2.6 地下复合结构动力响应计算  37-40
  §2.7 算例验证  40-42
    2.7.1 计算模型与相关参数  40-41
    2.7.2 结果比较与分析  41-42
  §2.8 本章小结  42-44
第三章地下复合结构动力响应数值模型  44-53
  §3.1 引言  44
  §3.2 动力有限单元分析中的数值方法  44-48
  §3.3 结构模型与单元网格划分  48-52
    3.3.1 力学模型  48-49
    3.3.2 材料本构模型  49
    3.3.2 单元选择与网格划分  49
    3.3.4 时间步长选择  49-52
  §3.4 本章小结  52-53
第四章地下复合结构动力性能数值分析  53-70
  §4.1 引言  53
  §4.2 入射波形现场采集  53-55
  §4.3 材料参数  55-56
  §4.4 理论计算与模拟结果验证分析  56-61
    4.4.1 结构衬砌轴力结果及比较  56
    4.4.2 结构衬砌内侧加速度结果及比较  56-57
    4.4.3 结构衬砌内侧相对位移结果及比较  57-59
    4.4.4 结构衬砌内侧应力结果比较  59-61
  §4.5 动力特性分析与讨论  61-69
    4.5.1 衬砌与围岩X方向位移结果及比较  61-63
    4.5.2 衬砌与围岩X方向应力结果及比较  63-65
    4.5.3 衬砌与围岩Y方向应力结果及比较  65-67
    4.5.4 衬砌与围岩Y方向应力结果及比较  67-69
  §4.6 本章小结  69-70
第五章柔性夹层对地下复合结构动力性能影响  70-86
  §5.1 引言  70
  §5.2 柔性夹层厚度对地下复合结构动力性能影响  70-75
    5.2.1 结构衬砌内侧位移比较分析  71-73
    5.2.2 结构衬砌内侧应力比较分析  73-75
  §5.3 柔性夹层材料声阻抗对地下复合结构动力性能影响  75-85
    5.3.1 结构衬砌内侧X方向位移比较分析  76-78
    5.3.2 结构衬砌内侧X方向应力比较分析  78-80
    5.3.3 结构衬砌内侧Y方向位移应力比较分析  80-85
  §5.4 本章小结  85-86
第六章结语与展望  86-88
致谢  88-89
参考文献  89-91

地下复合结构动力特性研究

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