层状场域内桩-土-上部结构的整体动力有限元模拟

关 键 词:结构设计论文
资料等级:层状场域内桩-土-上部结构的整体动力有限元模拟
发布时间:2014-7-8
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                                       层状场域内桩-土-上部结构的整体动力有限元模拟
进行地震作用下的基桩上、下部结构共同作用抗震理论分析的方法有多种,这些研究使人们对该领域问题有了一定的理解且为设计实践提供了许多有价值的结果,现已形成一般共识的主要有四种:子结构法;扩展的子域边界元法;简化动力文克尔梁阻抗法以及整体有限元法。前两者是为了解决纯有限元不能有效模拟无限介质域的动力问题而产生的,在使用时均要与近场有限单元配合,其优点是在处理线性结构往往可以获得理论上的精确解;蒯行成等(1998)u J利用简化法在求取分层地基中群桩动阻抗时也是基于梁单元的理论来推导的。由上可见,各种方法都没有脱离有限元法的应用范围,实际上在线性或非线性土一结构动力相互作用的时域分析上,有限元法能解决问题的广度和深度是其它方法所不能比拟的,它除了能较好地满足上部结构的分析精度要求外,还能适当模拟桩一土的整体抗震性能分析时的双重作用(tg震传播和结构支承体)。A.Ella和Novak【2 (1980)结合简化阻抗法与框架结构的梁元刚度矩阵对桩一承台动力设备结构进行了频域内的幅值共振分析,认为桩土体系的参与明显增大了动力机器的低频共振,而在高频区则可以忽略;范敏 等(1985)引人简化整体有限元研究了土一桩一结构相互作用对于结构动力特性和地震反应的影响并进一步考虑了土的非线性屈服等因素,作为较早期的动力有限元应用,其通过对19层的桩基础一框剪结构所作的数值分析结果较完整地反映了土一结构相互作用的一些定性共识,但是也存在几个不足之处:其一是采用简单截断固定边界,忽略了人工边界所引起的能量辐射和散射波反射对结果的不确定性影响;其二是视桩为“线梁单元”置人土中,尽管对梁的转动自由度作了缩聚处理,但没有考虑梁的尺寸效应,这对于间距较小的群桩基础来说会带来一定误差。Cai和GouldH 等(200o)通过在桩土间设置薄层连接单元,基于时域内的连续双步增量过程,运用子结构法分别导出了结构、桩土子体系动力平衡方程,进行了较全面的非线性三维分析,但其模型的建立主要针对分离式桥台或独立承台结构而言,并不适合于本文将要讨论的整体筏式桩承结构。本文充分利用通用有限元软件包ANSYS—LSDYNA优秀的前后处理功能,针对土的自然层状属性,建立了时域内的桩一分层土一框架结构的动力分析模型,并考虑了摩擦桩与端承桩的水平动力特性以及桩土交界面的滑移、接触非线性,通过不同输入地震波的反应计算结果得到了一些有益的结论。
编辑评价
利用整体动力有限元方法,在考虑了模型的边界效应和桩土界面的滑移、接触非线性行为的基础上,较全面地研究了层状土域中桩基上下部结构的惯性相互作用和运动相互作用两种基本效应。通过实例计算表明:土的分层和桩土非线性共同作用可以明显降低体系的动力加速度峰值和层间位移反应,而且土与桩的脱离与闭合对桩土刚体相互作用的影响较大。
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