复杂地基条件下粘弹性人工边界模型及其应用

作     者：蒋新新 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林皋;李建波

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：地震工程 边坡场地 成层地基 粘弹性人工边界模型 工程适用性 

摘      要：随着大型水利工程、核电工程、高层建筑等工程建设的发展,其选址范围已经扩大到复杂非岩性地基条件和高地震烈度区,考虑结构-地基动力相互作用对大型工程的抗震安全性的重要影响得到了工程界的认可与重视,其中采用时域分析方法是当前的研究热点。为了实现对复杂地基条件下结构地震响应进行分析,在时域方法中选取粘弹性人工边界进行研究,在其基础上发展复杂地基-结构动力模型及相应的波动输入模式,并结合ANSYS有限元程序进行分析以验证其工程适用性。主要的研究内容如下： (1)在ANSYS软件上实现了二维及三维粘弹性人工边界程序,探讨了主要参数取值对其计算精度的影响。针对中高频地震波在剪切波速较小的地基中引起的地震响应,对模型单元网格划分及积分时间步长等求解参数设置的影响做了更加细致的数值分析,给出了相应的参数设置建议。 (2)以东北某核电取水构造物地震响应分析为工程背景,抽象出边坡场地模型。数值算例表明,粘弹性人工边界应用于边坡场地模型往往出现地基区域外边界地震输入荷载不一致等问题,可能导致结构的响应发散或位移漂移,对计算结果合理性产生影响。依据动力相互作用原理,关注于粘弹性人工边界模型的外边界地震输入模式,构建了基于虚拟对称子结构体系的地震输入模式。最后以数值算例验证所提模型及波动输入模式的精度和数值稳定性。 (3)为考虑成层地基条件下地震波传播在材料分界面处发生透射和反射的现象,将地震波在材料分界面的反射和透射系数公式与粘弹性人工边界结合,建立成层地基动力相互作用模型及相应的波动输入机制,并通过成层地基算例对比工程中常用的粘弹性人工边界模型及方法。研究表明所给出的成层地基动力相互作用模型及波动输入模式更贴近波动传播规律,具有良好的工程适应性。同时还计算了不同地震波入射频率及土层参数下自由场地震响应,从而有利于进一步了解复杂层状地基的动力特性及其对大型结构的动力影响。