基于土—结构动力相互作用的滚珠隔震结构研究

摘要

基础隔震是在地震作用下维持建筑物正常使用功能的一种重要防护措施。目前大多数基础隔震理论均基于刚性地基假定，没有考虑土-结构动力相互作用对结构的影响。国内外学者曾对该问题进行了研究探讨，但缺少土-结构动力相互作用对不同隔震结构影响程度的对比分析，且基于土-结构动力相互作用的滚珠隔震结构的研究尚属空白，因此本文对其研究具有较强的理论意义。
　　本文以ANSYS有限元软件和理论分析为支撑，建立框架结构和框剪结构的有限元分析模型，采用带凹槽滚珠隔震装置，通过时程分析来对比土-结构动力相互作用对两种隔震结构的影响程度。本文主要完成以下工作:
　　1.介绍了已有的滚珠加弹簧复位隔震支座和带凹槽滚珠隔震支座，并建立土-结构动力相互作用下带凹槽滚珠隔震体系的力学模型和运动方程;采用集中质量显式有限元法建立三维时域内土体的运动方程。
　　2.以有限元理论为基础，将某8层钢筋混凝土框架结构作为研究对象，分为五种情况讨论:
　　1）未隔震结构不考虑土-结构动力相互作用的情况;
　　2）隔震结构不考虑土-结构动力相互作用的情况;
　　3）在场地1、场地2、场地3（场地土依次变软）中隔震结构考虑土-结构动力相互作用的三种情况。
　　利用ANSYS软件通过直接法建立分析模型并进行时程分析，对比各种情况下上部结构的地震反应，发现场地土越软，土-结构动力相互作用对框架隔震结构的影响越大。
　　3.将与上述框架结构相同跨度、层高的某8层钢筋混凝土框剪结构作为研究对象，采用相同的研究方法，得到场地土越软，土-结构动力相互作用对框剪隔震结构影响越大的结论。
　　4.对比三种场地中土-结构动力相互作用对上述两种隔震结构地震反应影响程度的大小，发现在同一场地条件下，土-结构动力相互作用对框剪隔震结构的影响程度大于框架隔震结构，且场地土越软，前者所受土-结构动力相互作用影响的程度同后者相比越明显，即这种影响程度与上部结构的刚度成正比，与地基土刚度成反比。进而指出在结构隔震设计中考虑土-结构动力相互作用的必要性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 结构隔震技术及国内外研究现状

1．2．1 基础隔震原理

1．2．2 隔震体系的基本特征

1．2．3 隔震系统的组成

1．2．4 隔震系统的分类

1．2．5 隔震技术的发展及国内外研究现状

1．3 土-结构动力相互作用的研究

1．3．1 土-结构动力相互作用问题的研究现状

1．3．2 土-结构动力相互作用的研究方法

1．3．3 土-结构动力相互作用的分析模型

1．3．4 土-结构动力相互作用计算的求解方法

1．4 考虑土-结构动力相互作用的隔震结构研究

1．5 本课题研究的内容

第2章 基于土-结构动力相互作用的滚珠隔震体系动力时程分析

2．1 结构地震反应的时程分析法

2．2 隔震体系的计算模型

2．2．1 滚珠隔震支座模型

2．2．2 土体的运动

2．2．3 考虑土-结构动力相互作用时隔震结构的力学模型

2．2．4 运动方程的计算方法

2．3 本章小结

第3章 建立考虑土-结构动力相互作用的隔震体系有限元模型

3．1 有限元法理论综述

3．1．1 有限元法的基本原理

3．1．2 有限元法的分析过程

3．2 ANSYS有限元软件简介

3．2．1 ANSYS软件的结构分析功能

3．2．2 ANSYS软件分析过程

3．3 考虑土-结构动力相互作用隔震体系计算单元的选取

3．3．1 钢筋混凝土结构模型的选取

3．3．2 接触分析

3．3．3 模型单元的选取

3．4 模型的本构关系

3．4．1 混凝土的本构关系

3．4．2 钢材的本构关系

3．4．3 土体的本构关系

3．5 破坏准则

3．6 DP屈服准则

3．7 收敛准则

3．8 本章小结

第4章 土-结构动力相互作用对滚珠隔震框架结构的影响

4．1 地震波的选择和调整

4．2 场地类别

4．3 实例分析

4．3．1 工程概况

4．3．2 确定模型材料属性

4．3．3 未隔震框架结构的ANSYS模型

4．3．4 滚珠隔震框架结构的ANSYS模型

4．3．5 考虑土-结构动力相互作用的滚珠隔震框架结构的ANSYS模型

4．3．6 五种情况框架结构模型的数值模拟结果及分析

4．4 本章小结

第5章 土-结构动力相互作用对滚珠隔震框剪结构的影响

5．1 框剪结构数值分析

5．2 实例分析

5．2．1 模态分析

5．2．2 时程分析

5．3 两种隔震结构的ANSYS时程分析结果对比

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢