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地震作用下上部结构—筏形基础—地基共同作用的分析与模拟

作　者: 李世民
导　师: 雷光宇
学　校: 长沙理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 土与结构物动力相互作用 动力特性 地震反应分析 有限元
分类号: TU435
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


地震作为一种突发性的自然灾害,会给人类社会造成巨大的生命和财产损失,因此,研究建筑物的抗震性能具有十分重要的意义。传统的抗震设计方法常常假定地基为刚性,只分析上部结构的动力特性和动力响应,然而,上部结构、基础和地基是一个有机统一的整体,三者相互影响、共同作用,人为将其分开有时会给地震反应计算结果带来较大的失真。因此,对地震作用下上部结构、基础和地基的动力相互作用进行研究非常必要。本文在继承国内外相关理论和方法的基础上,综合相关的文献资料,对地震作用下上部结构-筏形基础-地基的共同作用做了以下几个方面的分析与研究:(1)对土与结构物的动力相互作用的基本原理、研究方法以及研究的历史现状进行了系统的阐述和总结。选取了合理的上部结构、筏形基础和地基各部分的本构模型,并给予了一定的评述,为后续的研究工作打下了理论基础。(2)进行了自由场的地震反应分析,同时较为全面、详细地总结了一些参数的确定方法,如:单元的选取;土体边界的模拟;地震动输入方法;网格大小的划分;阻尼的确定等等。(3)采用ANSYS有限元建立了上部结构-筏形基础-地基的三维数值分析模型。在常遇和罕遇地震波作用时,不同的地基刚度、不同的基础刚度以及不同的上部结构形式和刚度条件下,研究了三者之间的动力特性和地震反应,并与刚性地基假定的上部结构的动力特性和地震反应进行了分析与对比,为考虑相互作用的抗震设计及变形验算提供参考性建议。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 研究背景及问题的提出  10-11
  1.2 土与结构动力相互作用研究的历史和现状  11-16
  1.3 本文研究的思路及主要内容  16-18
    1.3.1 本文研究的思路  16-17
    1.3.2 本文研究的主要内容  17-18
第二章 动力相互作用的本构模型及基本理论  18-32
  2.1 前言  18
  2.2 弹塑性理论  18-21
    2.2.1 屈服准则  19-20
    2.2.2 硬化准则  20
    2.2.3 流动准则  20-21
  2.3 土体的本构模型  21-25
  2.4 上部结构与基础的本构模型  25-26
  2.5 土与结构物动力相互作用的研究方法  26-27
  2.6 动力有限元法的基本理论  27-31
    2.6.1 有限元法的计算原理和分析步骤  27-29
    2.6.2 动力平衡方程及分析方法  29-31
  2.7 小结  31-32
第三章 ANSYS 相关参数的确定及分析模型的建立  32-46
  3.1 前言  32
  3.2 有限元分析软件ANSYS 简介  32-33
  3.3 自由场地震反应分析  33-41
    3.3.1 地震波的选取  33-34
    3.3.2 人工边界的确定  34-37
    3.3.3 积分时间步长  37
    3.3.4 阻尼  37-38
    3.3.5 网格划分  38-40
    3.3.6 自由场地震反应分析结果  40-41
  3.4 分析模型的建立  41-45
    3.4.1 基本假定  41
    3.4.2 实体模型介绍及单元的选取  41-42
    3.4.3 上部结构及地基基础参数计算处理  42-43
    3.4.4 结构有限元模型的建立  43-45
  3.5 小结  45-46
第四章 结构动力特性分析  46-54
  4.1 前言  46
  4.2 动力特性分析概述  46-48
    4.2.1 动力特性分析的意义  46-47
    4.2.2 结构动力学基本方程  47
    4.2.3 ANSYS 模态分析介绍  47-48
  4.3 模态分析模型  48-49
  4.4 模态分析结果  49-53
    4.4.1 工况a 与工况b 的模态分析与对比  49-52
    4.4.2 共同作用体系不同工况的模态分析与对比  52-53
  4.5 小结  53-54
第五章 地震反应分析  54-73
  5.1 前言  54
  5.2 模型和地震波的选取  54-55
  5.3 地震反应分析结果  55-69
    5.3.1 工况a 与工况b 的地震反应分析与对比  55-63
    5.3.2 共同作用体系不同工况的地震反应分析与对比  63-69
  5.4 罕遇地震下的弹塑性分析  69-72
    5.4.1 位移与加速度分析  69-70
    5.4.2 剪力分析  70-72
  5.5 小结  72-73
第六章 结论  73-75
  6.1 本文完成的主要工作  73
  6.2 主要结论  73-74
  6.3 有待进一步研究的问题  74-75
参考文献  75-80
致谢  80-81
附录 攻读学位期间发表的论文目录  81

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 土力学 > 土动力学与振动地基
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