一种大型振动台基础振动评估方法

摘要

本发明提供了一种大型振动台基础振动评估方法，包括：S101、获取大型振动台相关资料；S102、建立土体‑桩‑振动台基础的大尺度整体有限元模型；S103、建立振动台基础‑等效边界单元的简化模型；S104、基于土体+桩+振动台基础的大尺度整体有限元模型以及振动台基础‑等效边界单元的简化模型分别进行模态分析，提取两个模型的前6阶振型周期并对比分析，若相差不大于5％，则进行下一步S105；若相差大于5％，则返回步骤S103，以调整迭代等效边界单元的刚度和阻尼参数，直至满足前6阶周期相差不大于5％；S105，施加作动器动力荷载，进行基础的动力分析，S106、确定所述大型振动台基础振动的状态。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，特别是涉及一种大型振动台基础振动评估方法。

背景技术

大型振动台可用于地震、道路交通系统、海洋波浪等模拟，具有振动荷载复杂、振动台基础体量大、振动影响显著等特点。实际工程中，需要对振动台各种工作状态下产生的振动，对建筑结构、人员设备及环境品质的影响进行全面综合的分析评价。相比较振动台建成后的振动实测后评价的评估手段，有限元数值模拟在方案及设计阶段具有重大的现实意义和指导意义。

考虑到大型振动台的振动荷载复杂、振动台基础体量大、振动影响显著的特点，有限元模型需要考虑土体、地基及基础的耦合作用，包含土体、桩基及混凝土基础的整体模型，往往尺寸巨大，严重影响有限元模拟的效率，同时可能造成对主要分析结果的干扰，不利于振动台振动影响的全面、准确及有效的评估。与此同时，针对大型振动台基础的振动控制标准，目前并未有明确的控制指标。

发明内容

为了克服现有技术之不足，针对大型地震模拟振动台基础有限元分析提出一种大型振动台基础振动评估方法，该方法操作简单，易于实施，保证有限元模型计算精度的同时，降低了大型振动台基础数值模拟的复杂程度和计算成本，同时提出了振动台控制指标，具有较高的工程价值。

本发明的目的在于提供一种大型振动台基础振动评估方法，包括：

S101、获取大型振动台尺寸、振动性能、振动台基础设计参数资料，例如振动台基础振动控制指标等；

S102、基于步骤S101，建立土体-桩-振动台基础的大尺度整体有限元模型，其中，振动台基础、桩和土体均采用实体单元模拟，土体尺寸按照振动台基础尺寸6-10倍；

S103、基于步骤S101，建立振动台基础-等效边界单元的简化模型，其中，振动台基础采用实体单元模拟，桩和土体均采用等效边界单元简化模拟，等效边界单元采用刚度单元与阻尼单元模拟；

S104、基于土体+桩+振动台基础的大尺度整体有限元模型以及振动台基础-等效边界单元的简化模型分别进行模态分析，提取两个模型的前6阶振型周期并对比分析，若相差不大于5％，则进行下一步S105；若相差大于5％，则返回步骤S103，以调整迭代等效边界单元的刚度以及阻尼参数，直至满足前6阶周期相差不大于5％；

S105，基于步骤S104中确定的简化模型，施加作动器动力荷载，进行基础的动力分析，并提取振动台基础评价点的振动响应，

S106、将提取的振动响应与振动台基础振动控制指标进行比对，以确定所述大型振动台基础振动的状态。

根据本发明的实施方案，其中土体尺寸为振动台混凝土基础几何尺寸的8倍。

根据本发明的实施方案，其中步骤S103中，刚度单元的水平刚度为土体抗压刚度，竖向刚度为桩基抗压刚度，阻尼单元参数为土体等效阻尼。

根据本发明的实施方案，其中步骤S102中，土体底部采用铰接约束，土体四周采用粘弹性边界。

根据本发明的实施方案，其中所述振动台基础振动控制指标包括基础角部及中心的振动加速度峰值不大于0.08g，振动位移不大于0.08mm。

根据本发明的实施方案，其中所述提取振动台基础评价点的振动响应包括振动加速度和振动位移。

根据本发明的实施方案，其中所述大型振动台的台面尺寸大于6m×6m。

根据本发明的另一方面，提供一种用于大型振动台振动分析的土体有效参振质量确定系统，包括：一个或多个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可由所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令使得所述系统执行根据本发明所述的方法。

本发明的有益效果：

设计方法操作简单，便于实施，避免了大型振动台基础周边土体的实体或等效的弹簧单元建模工作，简化建模过程的同时缩短了模型分析的计算时间，保证了分析的准确度，经济高效，同时提出了大型振动台振动评估的具体指标，具有较高的工程应用价值。

根据下文结合附图对本发明具体试例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。本发明的目标及特征结合如下附图的描述将更加明显，附图中，

附图1为根据本发明实施方案的大型振动台基础振动评估方法的流程图。

具体实施方式

为清楚地说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本发明公开的应用或用途。

应该理解的是，本发明所涉及的一些基本技术概念，例如有限元建模、等效边界单元、模态分析，动力分析等等本身是已知的，因此本文重点阐述如何将这些基本技术组合起来以评估大型振动台基础振动。

参见附图1，本实施例中大型振动台基础振动评估方法可以包括如下步骤：

首先，收集相关技术参数资料，例如大型振动台尺寸、振动性能、振动台基础设计参数资料。更具体地，本实施例中，振动台台面平面尺寸8mx8m，最大加速度2.0g，振动台实体基础实体几何尺寸20mx20mx10m，桩基础桩长15m，桩径800mm，地基土为粘性土等。

在建立大尺度整体有限元模型以及振动台基础+等效边界单元的简化模型之前，可以进行简单的模型分析，确定土体几何尺寸以及模型网格尺寸，按照预定的网格尺寸进行有限元分网，网格尺寸细分以及单元形状的优化等等。

基于上述资料，建立土体+桩+振动台基础的大尺度整体有限元模型：振动台基础按照上述振动台基础几何尺寸建立基础实体有限元模型，土体尺寸按照振动台基础的8倍，即160mx160mx80m，桩基础采用实体单元模拟，土体四周采用粘弹性边界；

之后，建立振动台基础+等效边界单元的简化模型：振动台基础模型按照上述尺寸建立实体模型，等效边界单元采用刚度单元与阻尼单元模拟，刚度单元的水平刚度为土体抗压刚度，竖向刚度为桩基抗压刚度，阻尼单元参数为土体等效阻尼，等效阻尼比取0.25，等效刚度参数可以按下式计算：

等效单元水平刚度＝0.7CA，C-粘性土地基抗压刚度，参照国家标准取值为55000kN/m

等效单元竖向刚度＝nx(C

建立模型之后，分别对土体+桩+振动台基础的大尺度整体有限元模型、振动台基础+等效边界单元的简化模型进行模态分析，提取前6阶振型周期并对比分析，若相差小于5％，则进行下一步；若相差大于5％，则调整迭代等效边界单元的刚度以及阻尼参数，直至满足前6阶周期相差不大于5％。本实施例中，修正后满足整体模型与简化模型的振动模态相差3％。

根据校正的振动台基础+等效边界单元的简化模型，施加作动器动力荷载，进行基础的动力分析；动力分析结果包括振动台基础评价点的振动响应包括振动加速度和振动位移等。将获得的结果与所述振动台基础振动控制指标相比，由此判断评价所述振动台基础振动情况。本实施例中，获得的结果为基础角部及中心的振动加速度峰值不大于0.06g、振动位移不大于0.045mm。

在实施例中，振动台基础振动控制指标可以包括基于稳态分析得到的基础角部及中心的振动加速度峰值不大于0.08g、振动位移不大于0.08mm。由此可以判断实施例中大型振动台基础振动良好，符合相关标准。

本发明实施方案还提供了一种大型振动台基础振动评估系统，该系统可以包括一个或多个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可由所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令使得所述系统执行根据本发明所述的方法。

本发明的大型振动台基础振动评估方法操作简单，便于实施，避免了大型振动台基础周边土体的实体或等效的弹簧单元建模工作，简化建模过程的同时缩短了模型分析的计算时间，保证了分析的准确度，同时提出了大型振动台基础振动控制指标，具有较高的工程应用价值。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例进行改动和修改。