土—結(jié)構(gòu)動力相互作用非線性分析及基于SSI效應的結(jié)構(gòu)隔震研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展、社會財富和人口的高度集中，地震災害對人類社會所造成的損失越來越大。因此，基于性能的抗震設計日益得到重視，而這首先就要求對于結(jié)構(gòu)的地震反應分析更為精確。正因為如此，廣大研究者和工程技術(shù)人員在實踐中越來越意識到將上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)考慮作為一相互作用的整體來進行設計的必要性和優(yōu)越性。在土—結(jié)構(gòu)動力相互作用問題中，土體的強烈非線性特性及其影響是其中的核心之一。而基于相互作用的機理進行上部結(jié)構(gòu)的隔振研究是這個研究方向上的創(chuàng)新性思路，也

2、是又一項具有工程實踐意義的研究課題。 本文圍繞地基土體的非線性動力特性及其合適的本構(gòu)模型構(gòu)建這一問題開展工作，著重考察了地基土體非線性動力特性的變化規(guī)律及影響因素、土體非線性對于自由場和土—結(jié)構(gòu)體系地震動力反應的影響及其機理。同時，在這其中通過試驗研究了土—結(jié)構(gòu)界面接觸非線性特性、土—結(jié)構(gòu)體系上下部剛度比變化對SSI效應的影響等問題，為相互作用問題的理論分析和實踐應用提供參考。最后，根據(jù)相互作用機理分析的啟示，提出了堅硬場地上剛

3、性結(jié)構(gòu)基底軟土夾層隔震思路。全文的主要工作和創(chuàng)新如下： 1．廣泛閱讀本領(lǐng)域的相關(guān)文獻，總結(jié)了國內(nèi)外開展土—結(jié)構(gòu)動力相互作用研究的現(xiàn)狀及其發(fā)展水平，評述了已有研究工作成果的局限性及優(yōu)缺點，提出了本文針對土—結(jié)構(gòu)動力相互作用問題研究的思路。 2．對地基土體的非線性動力特性進行試驗研究。通過對粉質(zhì)黏土的循環(huán)單剪試驗，研究了土體的應變累積特性以及土體加載歷史、場地固結(jié)壓力對于土非線性動剪模量和阻尼比的影響。試驗驗證了由小到大的分

4、級循環(huán)加載試驗方法的可行性，同時，在試驗現(xiàn)象機理分析的基礎(chǔ)上提出了能夠考慮加載歷史和固結(jié)壓力影響的黏土動力特性模型。 3．提出了基于阻尼的土體真非線性滯回模型，并且將這一模型推廣至彈塑性領(lǐng)域，建立了基于阻尼的土體邊界面模型。通過循環(huán)單剪試驗，驗證了所提本構(gòu)模型的可行性與優(yōu)越性。 4．開發(fā)了自由場地震反應非線性分析程序。該程序應用自主提出的土動力特性模型和土體動力滯回本構(gòu)模型，對自由場的非線性地震反應問題進行了深入分析，考

5、察了自由場地底部邊界條件、土體本構(gòu)模型、土動力特性以及軟弱夾層等因素對自由場非線性反應的影響。 5．對粉質(zhì)黏土與混凝土界面的界面接觸力學性能進行試驗研究，考查了界面粗糙度、界面法向壓力、薄層單元厚度、加載形式等因素對界面單元應力應變關(guān)系的影響。根據(jù)試驗結(jié)果，提出了改進的薄層界面接觸單元本構(gòu)模型。 6．針對上下部結(jié)構(gòu)剛度比對土—結(jié)構(gòu)動力相互作用效應的影響這一問題進行了大比例模型試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，對規(guī)范中關(guān)于考慮SSI效應