土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用非線性分析及基于SSI效應(yīng)的結(jié)構(gòu)隔震研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展、社會(huì)財(cái)富和人口的高度集中，地震災(zāi)害對(duì)人類社會(huì)所造成的損失越來越大。因此，基于性能的抗震設(shè)計(jì)日益得到重視，而這首先就要求對(duì)于結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析更為精確。正因?yàn)槿绱?，廣大研究者和工程技術(shù)人員在實(shí)踐中越來越意識(shí)到將上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)考慮作為一相互作用的整體來進(jìn)行設(shè)計(jì)的必要性和優(yōu)越性。在土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用問題中，土體的強(qiáng)烈非線性特性及其影響是其中的核心之一。而基于相互作用的機(jī)理進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的隔振研究是這個(gè)研究方向上的創(chuàng)新性思路，也

2、是又一項(xiàng)具有工程實(shí)踐意義的研究課題。 本文圍繞地基土體的非線性動(dòng)力特性及其合適的本構(gòu)模型構(gòu)建這一問題開展工作，著重考察了地基土體非線性動(dòng)力特性的變化規(guī)律及影響因素、土體非線性對(duì)于自由場(chǎng)和土—結(jié)構(gòu)體系地震動(dòng)力反應(yīng)的影響及其機(jī)理。同時(shí)，在這其中通過試驗(yàn)研究了土—結(jié)構(gòu)界面接觸非線性特性、土—結(jié)構(gòu)體系上下部剛度比變化對(duì)SSI效應(yīng)的影響等問題，為相互作用問題的理論分析和實(shí)踐應(yīng)用提供參考。最后，根據(jù)相互作用機(jī)理分析的啟示，提出了堅(jiān)硬場(chǎng)地上剛

3、性結(jié)構(gòu)基底軟土夾層隔震思路。全文的主要工作和創(chuàng)新如下： 1．廣泛閱讀本領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了國內(nèi)外開展土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用研究的現(xiàn)狀及其發(fā)展水平，評(píng)述了已有研究工作成果的局限性及優(yōu)缺點(diǎn)，提出了本文針對(duì)土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用問題研究的思路。 2．對(duì)地基土體的非線性動(dòng)力特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過對(duì)粉質(zhì)黏土的循環(huán)單剪試驗(yàn)，研究了土體的應(yīng)變累積特性以及土體加載歷史、場(chǎng)地固結(jié)壓力對(duì)于土非線性動(dòng)剪模量和阻尼比的影響。試驗(yàn)驗(yàn)證了由小到大的分

4、級(jí)循環(huán)加載試驗(yàn)方法的可行性，同時(shí)，在試驗(yàn)現(xiàn)象機(jī)理分析的基礎(chǔ)上提出了能夠考慮加載歷史和固結(jié)壓力影響的黏土動(dòng)力特性模型。 3．提出了基于阻尼的土體真非線性滯回模型，并且將這一模型推廣至彈塑性領(lǐng)域，建立了基于阻尼的土體邊界面模型。通過循環(huán)單剪試驗(yàn)，驗(yàn)證了所提本構(gòu)模型的可行性與優(yōu)越性。 4．開發(fā)了自由場(chǎng)地震反應(yīng)非線性分析程序。該程序應(yīng)用自主提出的土動(dòng)力特性模型和土體動(dòng)力滯回本構(gòu)模型，對(duì)自由場(chǎng)的非線性地震反應(yīng)問題進(jìn)行了深入分析，考

5、察了自由場(chǎng)地底部邊界條件、土體本構(gòu)模型、土動(dòng)力特性以及軟弱夾層等因素對(duì)自由場(chǎng)非線性反應(yīng)的影響。 5．對(duì)粉質(zhì)黏土與混凝土界面的界面接觸力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，考查了界面粗糙度、界面法向壓力、薄層單元厚度、加載形式等因素對(duì)界面單元應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，提出了改進(jìn)的薄層界面接觸單元本構(gòu)模型。 6．針對(duì)上下部結(jié)構(gòu)剛度比對(duì)土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用效應(yīng)的影響這一問題進(jìn)行了大比例模型試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)規(guī)范中關(guān)于考慮SSI效應(yīng)