考虑初应力的组合层状周期性基础动力特性分析

摘要

周期结构具有频率衰减域特性，在衰减域所包含的频率范围内，波的传播将被抑制，层状周期性隔震基础方面的已有成果也证明了这一点。然而，在实际工程中，基础承受着来自上部结构的重力，该重力将转化为基础的初应力，初应力对周期性基础衰减域特性的影响目前尚未被研究者考虑。本论文将在考虑初应力的前提下，研究层状周期性基础衰减域的计算方法，并用有限元软件ANSYS，对组合层状周期性基础的动力特性进行模拟分析。主要研究内容及所取得的成果如下:
　　1、详细介绍了传递矩阵法，并利用该方法对含有初应力的层状周期性基础进行了衰减域计算。
　　2、选用混凝土和橡胶作为层状周期性基础的组成材料进行衰减域计算，分析了几何参数和初应力值对层状周期性基础的影响，并设计了两种层状周期性基础模型。
　　3、建立了组合层状周期性基础模型，并用有限元软件ANSYS进行了频率响应分析，结果表明，与不施加初应力的周期性基础相比，施加初应力的组合层状周期性基础不仅可以拓宽衰减域，而且更加有效地降低低频波对结构的影响。
　　4、对周期性基础进行有限元动力响应分析，发现初应力的施加可以有效地减小框架结构顶点的加速度、位移及层间位移响应。除此之外，通过位移时间历程分析，进一步验证了衰减域的存在对隔震所起的作用。
　　5、在组合层状周期性基础上施加初应力，并研究其在Big Bear地震波作用下的响应。结果表明，该基础具有非常明显的隔震作用。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 基础隔震研究现状

1．2 初应力问题的提出及其研究现状

1．3 周期结构概述

1．3．1 周期结构研究现状

1．3．2 周期结构的基本特征及分类

1．3．3 周期结构衰减域的机理及特性

1．4 课题介绍、研究方法及内容

2 周期结构的衰减域原理

2．1 周期结构的基本理论

2．1．1 周期性描述

2．1．2 Bloch原理

2．1．3 能带结构

2．2 周期结构衰减域的计算方法

2．3 初应力位形上周期结构衰减域的计算

2．3．1 初应力和初应力位形

2．3．2 应力和动量方程

2．3．3 初应力位形上的波动方程

2．4 案例验证

3 初应力位形上周期性基础衰减域及参数讨论

3．1 工程背景

3．2 衰减域对比

3．3 参数讨论

3．4 本章小结

4 初应力下组合周期性基础隔震的数值模拟

4．1 对比模型分析

4．2 频率响应分析

4．2．1 横波模态下频率响应分析

4．2．2 纵波模态下频率响应分析

4．3 动力响应分析

4．3．1 谐响应分析

4．3．2 时间历程分析

4．4 地震响应分析

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要研究结论

5．2 思考与展望

参考文献

作者简历

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