模拟地震振动台基础动力反应分析

论文摘要

地震模拟振动台是在实验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法,它可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的实验。目前对地震模拟振动台的有关研究主要集中在电液伺服控制系统,而对其基础研究不多,仅仅是对基础进行经验性的介绍,这也是振动台发展中的缺憾。地震模拟振动台基础实质上是一个给振动台面运动提供反力的质量块,它是振动台动力系统的重要组成部分。对基础进行深入、全面的研究是地震模拟振动台研究领域的一个必要环节。本文针对一个4m×4m三向六自由度地震模拟振动台基础,进行了基础的受力反应分析。本文针对模拟地震振动台工作状态下,振动台设备基础振动的问题,提出了振动台动力基础有限元动力模拟的课题;文中以实际工程项目为背景,研究振动台基础的动力特性。本文在地震模拟振动台基础的受力研究中,先对有限元原理进行简要介绍;再对Ansys动力反映分析过程进行较详尽概述。文中主要采用有限元Ansys软件对基础在静力和动力作用下的各方面响应进行分析,其中对基础重力及静力集中荷载荷载作用分析是为了解刚体的应力和应变分布,为基础设计配筋提供参考;通过基础模态分析得到基础各阶频率及振型;在基础简谐激振力作用下的谐响应分析中,使用Full法进行动态动力计算,通过基础在振动台频宽(0～50Hz)工作下的时间历程曲线,得到基础在共振频率附近下的最大位移;在基础的时程分析中,使用Full法进行瞬态动力计算,在简谐激振力作用下及在f=34.082Hz的共振频率段上,计算基础在(0～4.5)s时段内的顶面位移、速度及加速度。最后计算分析表明:基础的最大加速度、速度和固有频率满足振动台设计方对基础设计的要求;最大位移满足《动规》要求。本文对三向六自由度模拟地震振动台基础的受力研究分析与总结,具有一定的实用性,希望它能为其他类振动台基础的建设与研究提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 地震
• 1.1.1 世界上最早的地震记录
• 1.1.2 中国最早的地震记录
• 1.2 震害
• 1.3 面对震害
• 1.4 地震模拟振动台试验研究
• 1.4.1 地震模拟振动台发展现状
• 1.4.2 地震模拟振动台系统组成
• 1.4.3 振动台工作的基本原理
• 1.5 地震模拟振动台基础应用现状
• 1.5.1 振动台基础的形式
• 1.5.2 振动台基础研究基本状况
• 1.6 论文研究的来源
• 1.7 本文研究目的与主要内容
• 第2章 振动台基础的计算分析
• 2.1 动力基础的计算模式
• 2.1.1 质—弹—阻计算模式
• 2.1.2 弹性半空间计算模式
• 2.2 振动台基础动力分析
• 2.3 自振频率计算公式
• 2.4 本章小结
• 第3章 有限元原理
• 3.1 概述
• 3.2 有限单元法动力分析
• 3.2.1 系统的离散化
• 3.2.2 有限单元离散休的运劝微分方程式
• 3.2.3 结构整体的运动方程式
• 第4章 有限元动力反应分析
• 4.1 动力学分析类型
• 4.1.1 模态分析
• 4.1.2 谱反应分析
• 4.1.3 瞬态动力分析
• 4.1.4 谱分析
• 4.2 模态分析过程
• 4.2.1 模态分析基本步骤
• 4.2.2 谱响应分析基本步骤
• 4.2.3 瞬态动力分析基本步骤
• 4.2.4 谱分析基本步骤
• 4.3 本章小结
• 第5章 振动台基础的有限元分析
• 5.1 ANSYS简介
• 5.2 ANSYS建模与网格划分
• 5.3 ANSYS模态分析
• 5.4 ANSYS静力分析
• 5.4.1 重力单独作用
• 5.4.2 静力集中荷载作用分析
• 5.5 ANSYS谐响应分析
• 5.6 时程分析
• 5.6.1 X方向上时间——位移、速度和加速度曲线
• 5.6.2 Y方向上时间——位移、速度和加速度曲线
• 5.6.3 Z方向上时间——位移、速度和加速度曲线
• 5.7 本章小结
• 5.7.1 基础的设计验证
• 5.7.2 基础振动规范要求
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文