天津站交通枢纽工程振动台试验仿真模拟

论文摘要

随着我国国民经济的迅速发展,隧道和地铁等地下结构建设规模不断扩大,土与结构物动力相互作用问题成为地震工程和土木工程领域的前沿课题。目前其在理论分析、试验和观测上取得了一些研究成果,然而由于课题的复杂性,还有许多问题远远没有解决,因此开展土与结构动力相互作用的试验研究,对深入了解动力相互作用机理,验证理论和计算分析的正确性,推动其工程应用,具有重要的理论和现实意义。本文以天津站交通枢纽工程大型振动台试验设计方案为依据,利用ANSYS有限元软件对振动台缩尺模型进行横向抗震仿真模拟,本文的研究工作主要有以下几个方面:1、以1:50的缩尺比例并考虑施加三维粘弹性人工边界建立三维振动台试验有限元模型;2、在ANSYS建模中创造性地使用结点数为9、10、12的SOLID95退化六面体单元作为过渡单元,在保证结果准确性的前提下使得模型单元总数目大大地减少,提高了程序运行的速度;3、按照试验方案相似比并考虑振动台实际情况对原始地震波的频率和加速度幅值进行调整,作为振动台实际输入的地震波;4、选取EL-Centro波、天津波,天津人工波对模型进行小,中,大震作用下的时程分析,计算并比较结构各层的最大变形,分析结构和桩在各种地震作用下受力最大部位以及土塑性的出现区域,通过数据分析比较模型地基土对三种地震作用效应的影响程度和三种地震对结构的破坏程度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 地铁车站震害
• 1.3 土与结构相互作用地震反应计算方法的发展及研究现状
• 1.3.1 数值方法
• 1.3.2 模型试验研究
• 1.4 土与结构相互作用抗震研究存在的问题
• 1.5 研究目的和意义
• 1.6 本文主要研究工作的方法与内容
• 第二章 土-结构体系动力分析基本理论
• 2.1 动力分析平衡立方程的建立
• 2.2 线性动力分析方法
• 2.2.1 直接积分法
• 2.2.2 Newmark-β法
• 2.2.3 振型叠加时程分析法
• 2.3 非线性动力方程求解方法
• 2.4 地基范围的选取
• 2.5 土-结构体系动力分析边界条件
• 2.6 地震波的选择与调整
• 2.6.1 地震波的选择
• 2.6.2 地震波的调整
• 2.7 动力分析中阻尼的确定
• 2.8 小结
• 第三章 振动台试验简介
• 3.1 概论
• 3.2 地震模拟振动台的技术指标
• 3.3 地铁车站试验设计
• 3.4 小结
• 第四章 三维动力相互作用模型有限元实现
• 4.1 前言
• 4.2 车站结构三维计算模型的选取
• 4.3 土体弹塑性本构模型和单元选取
• 4.3.1 土体的弹塑性本构模型
• 4.3.2 土体单元模拟
• 4.4 结构弹性本构模型和单元选取
• 4.4.1 结构的弹性本构模型
• 4.4.2 结构单元模拟
• 4.5 单元网格划分
• 4.6 三维人工粘弹性边界的选取
• 4.7 计算模型确立
• 4.8 ANSYS 在地下结构地震分析中的关键操作
• 4.9 小结
• 第五章 地震反应时程分析
• 5.1 模态分析
• 5.1.1 基本理论
• 5.1.2 模态分析
• 5.2 地震波的选用及输入
• 5.3 考虑相互作用模型地震响应分析
• 5.3.1 小震作用下的地震响应分析
• 5.3.1.1 位移和加速度响应分析
• 5.3.1.2 内力响应分析
• 5.3.2 中震作用下的地震响应分析
• 5.3.2.1 位移和加速度响应分析
• 5.3.2.2 内力响应分析
• 5.3.3 大震作用下的地震响应分析
• 5.3.3.1 位移及加速度响应分析
• 5.3.3.2 内力响应分析
• 5.3.4 土塑性区分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 课题进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢