黄土地基-密肋复合墙结构相互作用振动台试验及数值扩展分析

摘要

密肋复合墙结构是一种新型装配式节能建筑体系，具有较快的施工速度、良好的抗震性能、显著的经济效益等特点。现有规范在对密肋复合墙结构进行抗震设计时，通常假定结构的地基为刚性地基；但在地震荷载下土与结构是相互作用的，地基土将会对结构的动力响应产生影响，因此研究地基土-密肋复合墙结构的相互作用对其抗震设计具有理论与现实意义。本文依托国家自然科学基金，进行了黄土地基-密肋复合墙结构相互作用振动台试验。通过对试验模型原型的数值模拟，其计算结果与试验结果相吻合，在此基础上探讨了地基土-密肋复合墙结构相互作用体系在不同情况下的响应规律。主要研究内容和结论如下： (1)进行了振动台试验设计，推导了试验模型与原型的相似关系，设计密肋复合墙结构模型时考虑了原型的结构特点，土容器是由钢板焊接而成的铁箱，设计振动台试验的工况时考虑了多维地震动的加载；并对相互作用振动台试验部分数据进行了提取分析。 (2)对相互作用振动台试验模型的原型进行数值模拟，采用框架-复合材料等效弹性板模型作为密肋复合墙结构的简化计算模型。结合试验工况进行数值模拟，结果表明，在加速度波型与峰值方面，计算与试验相吻合。 (3)针对黄土地基-密肋复合墙结构相互作用振动台试验进行了数值扩展分析。对相互作用数值模型输入不同强度的地震动，探讨了其对土-结构相互作用体系的动力响应的影响规律。对相互作用体系考虑不同特性地震动的输入，结果显示其对动力响应有很大的影响。对相互作用体系施加水平与竖向双向地震动，与单向水平加载结果进行对比，探讨了竖向地震荷载对结构水平向动力响应的影响。对密肋复合墙结构采用不同的基础埋深，探讨了基础埋深对结构动力响应的影响。

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1.1 研究背景及意义

1.2 相关内容的研究现状

1.2.2 土-结构相互作用的研究概况

1.2.3 土与结构相互作用求解方法

1.2.4 密肋复合墙结构的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 黄土地基-密肋复合墙结构相互作用振动台试验

2.3.1 上部构件的设计与制作

2.3.2 土容器的设计与制作

2.4 试验程序的设计

2.4.1 传感器的布置

2.4.2 试验加载程序

2.5 试验现象及结果

2.5.1试验现象

2.5.2试验结果

2.6 本章小结

3 相互作用振动台试验数值模拟

3.1.1有限元基本理论

3.1.2动力计算的相关理论

3.1.3材料本构模型的选取

3.2 ABAQUS数值模拟关键问题的处理

3.2.1 密肋复合墙结构的简化计算

3.2.2 接触设置

3.2.3 参数设置

3.2.4 重力与地应力平衡

3.3 数值模拟的试验验证

3.3.2 数值模拟结果的验证

3.4 本章小结

4 相互作用振动台试验数值模拟扩展分析

4.1.1 加速度响应分析

4.1.2 位移响应分析

4.1.3 柱子剪力响应分析

4.2 不同特性地震动输入对相互作用体系响应的影响

4.2.1 加速度响应分析

4.2.2 位移响应分析

4.2.3 柱子剪力响应分析

4.3 竖向地震动的输入对相互作用体系响应的影响

4.3.1 加速度响应分析

4.3.2 位移响应分析

4.3.3 柱子剪力响应分析

4.4 不同基础埋深对相互作用体系响应的影响

4.4.2 加速度响应分析

4.4.3 位移响应分析

4.4.4 柱子剪力响应分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表论文和参加的科研项目