层状地基中埋置基础计算模型与动力特性研究

摘要

因为良好适宜的核电站厂址如岩基等地基条件的减少，以及核电向内陆发展的需求，核电站在非岩性复杂场地条件下的抗震分析具有重要的工程价值。地基的动力刚度求解是子结构法分析结构-地基动力相互作用问题的核心内容。现有核电抗震规范如ASCE4-98中，地基动力刚度的求解仍采用均质半空间假定，埋置基础的动力刚度通过对均质地基明置基础的动力刚度进行修正得到。而实际工程中，很多场地都具有水平成层分布的特性，研究层状地基中埋置基础的动力特性对核电结构抗震设计具有重要意义。含有非基岩覆盖层的层状地基核电厂房有限元计算模型计算规模大，现有有限元商业软件如ANSYS在大规模计算时容易出现求解内存不够，求解效率不高的缺点，需要可以大规模求解的计算方法。 采用粘弹性人工边界有限元模型模拟地基无限域无穷远处的辐射阻尼，对地基进行谐响应分析求解地基动力刚度。求解过程中利用大规模稀疏矩阵高级求解器提高计算程序的大规模求解能力与计算性能。 为验证所采用的分析方法计算地基动刚度的计算精度与工程适用性，计算了均质地基与层状地基中埋置基础的动力刚度，与采用数值积分及ASCE4-98地基动刚度计算公式计算的结果进行对比，分析考虑地基四周对基础侧壁的不同支撑程度对埋置基础动力刚度计算结果的影响。 设计不同工况，研究层状地基埋置基础的动力特性，包括：靠近场地表面的土层深度对埋置基础动力刚度的影响；地基远场区域与近场区域地基弹性对埋置基础动力刚度的影响；参考ASCE4-98均质地基埋置基础动力刚度的修正系数，研究层状场地条件下基础埋置深度对动刚度的影响，描述了层状地基埋置基础的动刚度修正系数。 结果表明，埋置基础动力刚度的计算过程中考虑地基四周对基础侧壁的不同支撑程度对计算精度有很大影响。工程中应将层状地基靠近场地表面的土层深度、靠近场地表面的土层地基弹性、土层分界面与基础底面的相对位置作为层状地基结构-地基相互作用分析的重要考量因素。

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 结构-地基动力相互作用的分析方法

1.2.1 结构-地基动力相互作用的研究发展历程

1.2.2 结构-地基动力相互作用数值分析方法

1.2.3 层状地基中结构-地基动力相互作用分析方法

1.3 本文的主要工作

2 基于粘弹边界与谐响应的动刚度分析方法

2.1 粘弹性人工边界有限元地基模型

2.2 谐响应分析原理

2.3 高级求解器

2.5 本章小结

3 动刚度分析方法的准确性验证

3.1 均质地基上明置基础动刚度计算的准确性验证

3.2 地基四周对基础侧壁的支撑程度对埋置基础动刚度的影响

3.3 与ASCE4-98地基动刚度计算结果的对比

3.3.1 与ASCE4-98均质地基明置基础动刚度计算结果的对比

3.3.2 与ASCE4-98均质地基埋置基础动刚度计算结果的对比

3.5 本章小结

4 层状地基埋置基础的地基动力特性研究

4.1 靠近场地表面的土层深度对埋置基础地基动刚度的影响

4.2 近场区域与远场区域地基弹性对埋置基础动刚度的影响

4.3 基础的埋置深度对地基动刚度的影响

4.3.1 基础埋置深度小于土层分界面深度时的动刚度分析

4.3.2 基础埋置深度大于土层分界面深度时的动刚度分析

4.3.3 基础底面位于不同土层时的动刚度分析

4.4 埋置基础动刚度的修正系数分析

4.5 本章小结

5 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢