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天津站交通枢纽工程振动台试验二维数值模拟

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第一章绪论

1.1概述

1.2土与结构相互作用地震反应计算方法的发展及研究现状

1.2.1数值模拟分析方法

1.2.2模型试验研究

1.3土与结构相互作用抗震分析中存在的关键问题

1.3.1地震动输入

1.3.2以土力学本构关系为基础的相互作用研究

1.3.3土与结构动力相互作用的实用简化计算

1.3.4地下结构地震破坏模式和抗震性能的评估方法

1.4土-结构体系动力分析基本理论

1.4.1动力分析平衡立方程的建立

1.4.2线性动力分析方法

1.4.3非线性动力方程求解方法

1.5研究的目的与意义

1.6论文研究的主要内容

第二章土-结构动力相互作用振动台试验研究

2.1模型情况介绍

2.1.1工程背景

2.1.2试验模型的设计与制作

2.1.3传感器布置方案

2.1.4试验加载方式

2.1.5土体边界模拟

2.2模型土性能参数的测定

2.3.地震波的选择与调整

2.3.1地震波的选择

2.3.2地震波的调整

2.4振动台试验结果与分析

2.4.1试验现象

2.4.2模型的动力特性

2.4.3加速度峰值大小的分布

2.4.4结构的应变反应

2.4.5土-结构接触压力的分布

2.5小结

第三章振动台试验模型有限元计算

3.1建模方法

3.1.1网格划分

3.1.2粘弹性人工边界

3.1.3土体的非线性模拟

3.1.4土体与结构接触的接触模拟

3.1.5结构的阻尼模型

3.1.6重力的考虑

3.2计算方法

3.2.1模态计算方法

3.2.2时程分析方法

3.3ANSYS在土-结构相互作用分析中的常用操作

3.4小结

第四章试验数据与数值模拟结果的比较与分析

4.1加速度反应

4.2地铁结构模型的应变

4.3土-结构接触压力的分布

4.4土塑性区分析

4.5小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2需要进一步研究的内容

参考文献

致 谢

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摘要

地铁建设是未来解决城市交通拥挤问题的主要方法,已有的震害表明,地铁结构一旦遭受地震破坏,将会给地震应急和震后修复工作带来极大的困难。由于地铁结构完全埋于土中,所以土-结构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。由于问题的复杂性,仅仅依靠理论分析难以满足实际工程的需要。因此开展土-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振动台试验为依据,利用ANSYS有限元软件对振动台试验进行二维数值模拟,与试验结果相比较,从而验证振动台试验的可靠性和计算分析模型的准确性。本文具体的研究工作如下:
   (1)对振动台试验的工程背景、模型的设计和制作以及试验现象进行了介绍。
   (2)对振动台试验数据进行整理分析。分析了模型地基和结构的加速度反应规律;分析了结构在地震动作用下应变分布规律;分析了地土-结构接触面上的动土压力实测结果及其反应的规律。
   (3)以试验模型为基础,建立考虑土-结构动力相互作用的二维有限元模型。在ANSYS中成功实现了结构与土的接触模拟、粘弹性边界的模拟和重力的引入。
   (4)对各种试验工况下土-结构相互作用体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析模型和振动台试验结果的正确性。

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