土體-復雜結構耦合系統(tǒng)地震響應數值模擬方法及應用.pdf

1、地震災害的頻繁發(fā)生，給人們帶來了極大的生命和財產損失，同時也加劇了結構抗震研究的緊迫性。城市化進程的加快，交通設施的大發(fā)展，導致高層建筑、橋梁、隧道等各類工程結構遍地開花，新的工程結構越來越追求大的結構規(guī)模，獨特的造型特點以及完善的結構功能，這為工程抗震研究帶來了極大的挑戰(zhàn)。工程結構抗震研究往往存在土體-結構耦合，該問題包含了高度非線性，計算需求量巨大。數值模擬方法日益成為工程結構抗震研究的重要手段，尤其是并行計算技術的應用，為求解超大

2、規(guī)模數值計算問題提供了可能。本文立足于工程實際，研究了土體-結構耦合系統(tǒng)的數值模擬方法，主要研究內容包括:
　　研究了土體-復雜結構耦合系統(tǒng)的數值建模方法。采用分段的bucket分類搜索和雙向對稱接觸方式實現土體-結構耦合模型。研究了土體分層建模方法，從而使土體模型與地質勘測情況相近，并且依據地震波的傳播特征，對土體單元尺寸進行了控制。研究了粘彈性人工邊界在半無限土體中的應用，并且對粘彈性邊界和土體計算區(qū)域進行了分析和驗證。

3、>　　研究了土體-復雜結構耦合系統(tǒng)的高性能計算方法。土體-復雜結構耦合系統(tǒng)計算規(guī)模巨大，模型中存在大量的幾何非線性、材料非線性和接觸非線性問題，采用顯式積分算法，具有計算效率高，適合并行計算等優(yōu)點。結合上海超算中心曙光5000A高性能計算平臺，基于遞歸二分法，提出了土體-結構耦合均衡分區(qū)方法，以土體-建筑結構耦合系統(tǒng)、土體-橋梁結構耦合系統(tǒng)和土體-隧道結構耦合系統(tǒng)作為工程應用實例，證實了新的分區(qū)方法具有更好的加速比和并行效率。
　

4、　開展了土體-超高層建筑結構耦合系統(tǒng)數值模擬應用。以上海中心大廈結構抗震分析為工程應用對象，根據實際工程圖紙，建立了土體-樁筏基礎結構-建筑主體結構-建筑幕墻結構的全三維有限元模型。數值模擬選取四條結構響應較大的地震波作為輸入激勵。重點分析了建筑主體結構和幕墻結構不同地震烈度下的地震響應。為上海中心大廈結構抗震設計及安全評估提供了參考。
　　開展了土體-橋梁結構耦合系統(tǒng)數值模擬應用。以閔浦二橋結構抗震分析為工程應用對象，根據實際工

5、程圖紙，建立了土體-橋梁結構的全三維有限元模型。數值模擬選取50年超越概率3％的基巖加速度時程作為輸入激勵，進行了一致激勵下和行波激勵下結構地震響應計算。重點分析了主塔的變形和內力，以及主梁的變形和應力。為閔浦二橋抗震設計及安全評估提供了參考。
　　開展了土體-隧道結構耦合系統(tǒng)數值模擬應用。以上海崇明長江雙線隧道結構抗震分析為工程應用對象，根據實際工程圖紙，建立了土體-隧道結構的全三維有限元模型。數值模擬選取50年超越概率3％和5