考虑土-结构相互作用体系的参数识别和地震反应分析

论文题目: 考虑土-结构相互作用体系的参数识别和地震反应分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 固体地球物理学

作者: 王满生

导师: 胡聿贤,周锡元

关键词: 土结构动力相互作用,有限差分,场地效应,阻尼最小二乘,双自由度集总参数模型,剪切型结构模型,地震动记录,土桩结构动力相互作用,接触单元

文献来源: 中国地震局地球物理研究所

发表年度: 2005

论文摘要: 本文全面系统地回顾与总结了关于土-结构动力相互作用的研究方法的历史和现状。土-结构动力相互作用研究的对象重要、研究内容复杂以及研究方法具有多样性,一直受到广泛地关注。本文针对土结构动力相互作用研究中存在的一些问题,比如考虑土-结构动力相互作用的结构自振特性的时域识别、实际地基土集总参数模型的建立、地震作用下桩-土动力接触的模拟等问题进行了详细地研究。研究内容主要有以下四个部分: 第一部分,针对三维浅层场地动力计算问题,给出了一种交错网格四阶差分计算方法,并编制了计算程序,为自由场地三维计算提供了一种新的计算途径。 第二部分,在结构抗震计算中,我们只有知道了结构自振特性,才能对结构进行计算分析。针对结构自振特性的频域识别方法存在的许多缺陷,比如当记录数据从时域转换到频域过程中容易导致数据信息的部分丢失以及传递函数的处理存在较大误差。本文提出了一种引入ARX(Auto-Regressive Exogenous)参数模型进行时域识别的方法,并提供了一种简单有效的方法来确定此模型参数的阶数,并利用实际地震观测资料识别了考虑土-结构动力相互作用后的结构自振特性。 第三部分,现有地基土集总参数模型中的参数都是基于均匀弹性半空间来确定的,而实际土介质是非常复杂,具体表现在不均匀、各向异性、以及非线性,此时,基于弹性半无限地基的集总参数法将不再适用,为了解决这一问题,本文以地基土双自由度集8参数模型为基础,提出了根据现场地震动记录,利用阻尼最小二乘反演模型中的各参数值和利用EKF(Extend Kalman Filter)滤波技术进行状态参数时域非线性估计对模型参数进行识别的两种方法,解决了实际复杂成层地基的简化集总参数模型如何建立的问题。本文还对EKF滤波方法进行了改进,并把改进的EKF方法应用到结构的健康安全监测问题中,给出了一个剪切型结构的层间刚度的识别算例。 第四部分,研究了软弱场地上桩-土-结构的动力相互作用,本文针对目前常用的Goodman接触单元中的一些缺陷,建议了一种改进的Goodman接触单元,编制了Fortran有限元计算程序,利用Seed的等效线性化方法考虑了土层的非线性,并利用此接触单元进行了不同的算例分析。 概括起来,具体的研究内容和取得的研究成果包括: 1.首先对场地的地震动力反应进行了研究。根据三维FDM(Finite Difference Method)研究地震波在自由场地中的传播的理论与方法,编制了浅层场地四阶交错网格三维有限差分地震反应

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题的意义和工程背景

1.2 土-结构动力相互作用研究方法概述

1.2.1 有限元法及透射边界

1.2.2 有限元与无穷元耦合法

1.2.3 边界元法

1.2.4 边界元与无限边界元耦合法

1.2.5 集总参数法

1.2.6 其它方法

1.3 地基土的非线性特性与成层特性研究概述

1.3.1 地基土的非线性特性研究

1.3.2 地基土的层状特性研究

1.3.3 自由场地地震反应分析方法

1.4 地基土-结构动力相互作用的现有计算程序及地震输入方法研究的概述

1.4.1 现有计算程序

1.4.2 地震输入方法研究概述

1.5 本文主要工作概述

本章参考文献

第2章 自由场地地震动反应分析

2.1 自由场地地震反应分析概述

2.2 三维交错网格有限差分方程

2.3 边界条件和节点间距处理

2.3.1 场地边界条件

2.3.2 自由边界

2.3.3 节点间距的选择

2.3.4 差分时间步长的选择

2.3.5 品质因子

2.4 差分运算的推导

2.5 场地算例分析

2.5.1 一维自由场地

2.5.2 三维自由场地

2.6 本章小结

本章参考文献

第3章 利用ARX参数模型识别土-结构体系基频和阻尼

3.1 土-结构体系的基频和阻尼

3.2 土-结构体系的传递函数

3.3 ARX参数模型

3.4 算例分析

3.4.1 ARX参数模型识别的步骤

3.4.2 10-23-2002 DENANA地震的识别结果

3.4.3 ARX参数模型识别的低阶模态的频率和阻尼

3.5 本章小结

本章参考文献

第4章 基于地基土集总参数模型的土-结构动力相互作用研究

4.1 地基土集总参数简化物理模型

4.2 地基土集8参数双自由度简化模型

4.2.1 模型的动力平衡方程

4.2.2 模型的动力阻抗函数

4.3 基于地基土双自由度集总参数简化模型的土-结构动力相互作用研究

4.3.1 地基土-结构动力相互作用体系动力方程

4.3.2 算例分析

4.3.3 本章小结

本章参考文献

第5章 土-结构体系简化模型的参数识别

5.1 前言

5.2 非线性变阻尼最小二乘反演地基土集总参数模型中的参数

5.2.1 非线性变阻尼最小二乘

5.2.2 算例分析

5.2.3 本节结论

5.3 改进的EKF滤波技术

5.3.1 非线性系统状态和参数的联合估计

5.3.2 标准扩展卡尔曼滤波

5.3.3 改进的EKF滤波技术

5.4 地基土集总参数模型中的参数识别

5.4.1 地基土集总参数模型的状态方程和观测方程

5.4.2 状态参数初始值的确定

5.4.3 实例计算

5.4.4 识别结果验证

5.4.5 本节结论

5.5 剪切型结构的层间刚度识别

5.5.1 结构的频域和时域识别

5.5.2 剪切型结构动力方程

5.5.3 算例分析

5.5.4 本节结论

本章参考文献

第6章 桩-土-结构动力相互作用分析

6.1 前言

6.2 土-桩动力相互作用的分析模型和计算方法

6.3 桩土相互作用接触面的数值模拟

6.3.1 土-结构界面模型的研究与应用现状

6.3.2 静力荷载条件

6.3.3 动荷载条件

6.3.4 界面单元的本构模型

6.4 ANSYS结构计算软件中接触模型计算原理

6.5 修改的接触模型单元

6.5.1 GOODMAN接触单元基本原理

6.5.2 修改后的GOODMAN接触单元

6.5.3 算例分析

6.5.4 本节小结

本章参考文献

第7章 总结和展望

7.1 本文的主要结论

7.2以后研究展望:

攻读博士论文期间参加的研究项目

攻读博士期间发表的学术论文

致谢

个人简历

发布时间: 2005-09-21

参考文献

• [1].主余震序列地震动的条件均值谱与挑选方法研究[D]. 朱瑞广.哈尔滨工业大学2017
• [2].完全非平稳多点地震动模拟研究[D]. 陈辉国.重庆大学2014
• [3].近场强地震动预测的有限断层震源模型[D]. 王海云.中国地震局工程力学研究所2004
• [4].希尔伯特—黄变换（HHT）与地震动时程的希尔伯特谱[D]. 张郁山.中国地震局地球物理研究所2003
• [5].基于数值格林函数方法的近场长周期强地震动模拟[D]. 张冬丽.中国地震局工程力学研究所2005
• [6].地震烈度物理标准及地震动破坏势研究[D]. 郝敏.哈尔滨工业大学2006
• [7].地震动特性的影响因素与不确定性分析[D]. 董娣.北京工业大学2006
• [8].SH波对夹杂裂纹附近半圆形凸起的散射[D]. 吕晓棠.哈尔滨工程大学2007
• [9].统一抗震设计谱理论及其应用[D]. 徐龙军.哈尔滨工业大学2006
• [10].考虑波传播特点的地震动场及工程应用[D]. 何卫平.武汉大学2015

相关论文

• [1].地震动随机模拟方法中的场地效应研究[D]. 姜慧.中国地震局地球物理研究所2005
• [2].基于地震动参数的灾害风险分析[D]. 吕红山.中国地震局地球物理研究所2005
• [3].大型工程土与结构动力相互作用的理论和试验研究[D]. 王志华.河海大学2005
• [4].成层地基—桩基—上部结构动力相互作用理论分析与试验研究[D]. 卢华喜.湖南大学2006

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