土體-復(fù)雜結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)地震響應(yīng)數(shù)值模擬方法及應(yīng)用.pdf

1、地震災(zāi)害的頻繁發(fā)生，給人們帶來(lái)了極大的生命和財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)也加劇了結(jié)構(gòu)抗震研究的緊迫性。城市化進(jìn)程的加快，交通設(shè)施的大發(fā)展，導(dǎo)致高層建筑、橋梁、隧道等各類(lèi)工程結(jié)構(gòu)遍地開(kāi)花，新的工程結(jié)構(gòu)越來(lái)越追求大的結(jié)構(gòu)規(guī)模，獨(dú)特的造型特點(diǎn)以及完善的結(jié)構(gòu)功能，這為工程抗震研究帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。工程結(jié)構(gòu)抗震研究往往存在土體-結(jié)構(gòu)耦合，該問(wèn)題包含了高度非線性，計(jì)算需求量巨大。數(shù)值模擬方法日益成為工程結(jié)構(gòu)抗震研究的重要手段，尤其是并行計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，為求解超大

2、規(guī)模數(shù)值計(jì)算問(wèn)題提供了可能。本文立足于工程實(shí)際，研究了土體-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法，主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　研究了土體-復(fù)雜結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的數(shù)值建模方法。采用分段的bucket分類(lèi)搜索和雙向?qū)ΨQ(chēng)接觸方式實(shí)現(xiàn)土體-結(jié)構(gòu)耦合模型。研究了土體分層建模方法，從而使土體模型與地質(zhì)勘測(cè)情況相近，并且依據(jù)地震波的傳播特征，對(duì)土體單元尺寸進(jìn)行了控制。研究了粘彈性人工邊界在半無(wú)限土體中的應(yīng)用，并且對(duì)粘彈性邊界和土體計(jì)算區(qū)域進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。

3、>　　研究了土體-復(fù)雜結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的高性能計(jì)算方法。土體-復(fù)雜結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)計(jì)算規(guī)模巨大，模型中存在大量的幾何非線性、材料非線性和接觸非線性問(wèn)題，采用顯式積分算法，具有計(jì)算效率高，適合并行計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合上海超算中心曙光5000A高性能計(jì)算平臺(tái)，基于遞歸二分法，提出了土體-結(jié)構(gòu)耦合均衡分區(qū)方法，以土體-建筑結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)、土體-橋梁結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)和土體-隧道結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)作為工程應(yīng)用實(shí)例，證實(shí)了新的分區(qū)方法具有更好的加速比和并行效率。
　

4、　開(kāi)展了土體-超高層建筑結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)數(shù)值模擬應(yīng)用。以上海中心大廈結(jié)構(gòu)抗震分析為工程應(yīng)用對(duì)象，根據(jù)實(shí)際工程圖紙，建立了土體-樁筏基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)-建筑主體結(jié)構(gòu)-建筑幕墻結(jié)構(gòu)的全三維有限元模型。數(shù)值模擬選取四條結(jié)構(gòu)響應(yīng)較大的地震波作為輸入激勵(lì)。重點(diǎn)分析了建筑主體結(jié)構(gòu)和幕墻結(jié)構(gòu)不同地震烈度下的地震響應(yīng)。為上海中心大廈結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及安全評(píng)估提供了參考。
　　開(kāi)展了土體-橋梁結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)數(shù)值模擬應(yīng)用。以閔浦二橋結(jié)構(gòu)抗震分析為工程應(yīng)用對(duì)象，根據(jù)實(shí)際工

5、程圖紙，建立了土體-橋梁結(jié)構(gòu)的全三維有限元模型。數(shù)值模擬選取50年超越概率3％的基巖加速度時(shí)程作為輸入激勵(lì)，進(jìn)行了一致激勵(lì)下和行波激勵(lì)下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)計(jì)算。重點(diǎn)分析了主塔的變形和內(nèi)力，以及主梁的變形和應(yīng)力。為閔浦二橋抗震設(shè)計(jì)及安全評(píng)估提供了參考。
　　開(kāi)展了土體-隧道結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)數(shù)值模擬應(yīng)用。以上海崇明長(zhǎng)江雙線隧道結(jié)構(gòu)抗震分析為工程應(yīng)用對(duì)象，根據(jù)實(shí)際工程圖紙，建立了土體-隧道結(jié)構(gòu)的全三維有限元模型。數(shù)值模擬選取50年超越概率3％和5