【摘 要】
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在对大型工程结构进行地震反应分析时土-结构相互作用通常不可忽略,然而,结构本身巨大的体量及考虑土-结构相互作用后引入的大范围土域模型导致计算规模通常十分庞大,由此引起的计算效率低下问题已成为制约此类结构性能分析的关键因素。本文提出一种新型土-结相互作用分析模型,并基于此实现了大型结构考虑土-结构相互作用的高效地震反应分析。本文主要研究内容如下:（1）首先介绍了大型复杂工程结构的构造形式、抗震性能及
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在对大型工程结构进行地震反应分析时土-结构相互作用通常不可忽略,然而,结构本身巨大的体量及考虑土-结构相互作用后引入的大范围土域模型导致计算规模通常十分庞大,由此引起的计算效率低下问题已成为制约此类结构性能分析的关键因素。本文提出一种新型土-结相互作用分析模型,并基于此实现了大型结构考虑土-结构相互作用的高效地震反应分析。本文主要研究内容如下:（1）首先介绍了大型复杂工程结构的构造形式、抗震性能及变形特点,对考虑土-结构相互作用的结构抗震分析方法发展历程及现状进行了总结,同时给出了各种方法的优缺点和适用范围,接下来分析了整体有限元法考虑土-结相互作用的关键环节在于土与结构接触行为的有效模拟,进而论述了土-结接触模拟理论的研究现状,总结了非线性分析加速方法的发展,最终提出了本文针对大型工程结构考虑土-结动力相互作用问题的研究思路和方法。（2）以隔离非线性有限元法为理论基础,采用三维无厚度Goodman接触面单元格式对土与结构的接触行为进行描述,通过将接触面单元的法向和剪切相对位移分解为初始弹性和非线性两部分,并额外引入非线性自由度通过插值方法对单元非线性变形进行描述,推导出隔离非线性的接触面单元控制方程,进而建立了能够模拟土-结构相互作用的隔离非线性接触面单元模型,数值算例验证了该模型的有效性,进一步完善了隔离非线性单元库。（3）建立了大型工程结构考虑土-结构相互作用的整体式计算模型并给出其整体结构动力控制方程,由于本文方法在每次迭代求解过程采用Woodbury公式计算结构响应,其仅需对一个规模极小的局部非线性矩阵进行迭代更新,避免了传统方法所需的结构大规模整体刚度矩阵实时更新分解,因而能够大幅度提高结构地震反应分析效率,数值算例验证了本文方法的有效性及高效性。
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