【摘 要】
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结构-地基动力相互作用分析是水工、核电等多个领域的研究热点,随着研究的逐渐深入,对相互作用方法和模型的研究逐渐趋于精细化。除了不断细化的研究方法外,复杂场地特征的精细模拟对结构响应具有重要影响,当前地基模型研究主要集中在近场地基的精细刻画上,不同于自由场地的近场形态特征如地表的天然起伏、基坑开挖、人工换填和地基处理等会引起波的散射和衍射,从而对结构动力响应产生重要影响。由于起伏场地模型建模和剖分的
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结构-地基动力相互作用分析是水工、核电等多个领域的研究热点,随着研究的逐渐深入,对相互作用方法和模型的研究逐渐趋于精细化。除了不断细化的研究方法外,复杂场地特征的精细模拟对结构响应具有重要影响,当前地基模型研究主要集中在近场地基的精细刻画上,不同于自由场地的近场形态特征如地表的天然起伏、基坑开挖、人工换填和地基处理等会引起波的散射和衍射,从而对结构动力响应产生重要影响。由于起伏场地模型建模和剖分的复杂性,传统分析过程通常采用简化后的场地模型,或者为了保持场地特征采用四面体单元进行剖分,从而造成求解精度的降低,因此,亟需寻找一个能够对复杂场地进行动力相互作用分析的方法。在结构-地基动力相互作用领域,建立精细化模型主要有以下困难:起伏场地模型的建立及网格划分、力学分析模型的选择、地基和结构的网格模型连接、地基无限域的模拟、合适的求解平台等。基于以上讨论,本文提出了一个完整的基于场地地形的快速建模和八叉树网格自动剖分的动力相互作用分析方法,并通过数值算例分析验证了该方法的可行性,主要研究内容如下:(1)提出了基于Google地图和CAD等高线图的快速建模方法,实现地图或图纸到三维STL模型的转化,并研究了与起伏场地STL模型相适应的八叉树网格自动剖分方法,只需设置控制参数即可自动完成剖分过程。(2)通过编写计算程序,实现了上述八叉树网格模型到比例边界有限元多面体单元模型的转换,分析八叉树网格模型的拓扑结构信息,提取节点、单元、面和相似中心信息,完成SBFEM单元计算模型的构造,解决了计算模型中存在奇异单元的问题。并设置粘弹边界模拟地基无限域,通过提取完整的边界面信息,计算粘弹边界的脚本文件。通过悬臂梁、自由场地和起伏场地的求解,验证了地震动输入的合理性和程序的正确性。(3)通过选取坝体和地基接触面,设置地基接触面的蒙层单元,采用ABAQUS中面-面接触的方式,完成了有限元坝体和比例边界有限元地基的组合。并在UEL用户单元子程序实现SBFEM单元的基础上,在ABAQUS平台完成了结构-地基动力相互作用分析,最后通过后处理完成了SBFEM模型的结果响应可视化。(4)对实际工程算例进行动力相互作用分析,验证了上述坝体和地基组合方法的正确性,并表明了整个研究方法的可行性。通过对简化场地和起伏场地两种模型的动力相互作用分析,研究了场地特征对结构动力响应的影响。结果表明,起伏场地模型会增大结构的应力和加速度响应,引起顺河向位移峰值的增大和极值点位置的变化。
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