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论文针对大跨度空间结构土—结构相互作用,对土体的简化模型进行研究。通过对S-R简化模型的修正,使其适用于对大跨度空间结构土—结构相互作用的研究,并通过振动台试验对修正的S-R模型在模拟土—结构相互作用方面的有效性进行了验证,最后将该简化模型应用在弦支穹顶结构的土—结构相互作用的研究中。论文的具体研究工作和成果如下: (1)对比分析了土—结构相互作用研究中各类土体简化模型的特点,阐述了修正的S-R简化模型的理论基础与应用方法。 当前模拟土体与基础接触的模型主要有S-R模型(Swaying-Rocking Model)、并列质点系模型(Penzien模型)、Paramelee模型、有限元模型、子结构分析模型和混合模型。从各种模型的原理和适用条件出发,对它们进行了综合归纳分析。同时,针对S-R模型不能满足大跨空间结构对于高阶振型及竖向动力特性的需求这一缺陷,详细阐述了修正的S-R模型的修正方法,为研究土—结构相互作用提供了一种新型有效的简化方法。 (2)建立了单柱质量块结构土—结构相互作用的有限元分析模型,通过数值模拟分析了上部结构在地震动作用下的动力性能。 将修正的S-R模型应用于结构模型当中模拟土体与结构的接触,为方便后续的试验验证,以单柱质量块简单结构作为模型进行数值分析。通过改变柱高、柱截面和结构质量等参数,多角度分析了该模型结构在考虑土—结构相互作用条件下柱顶位移、应力和应变的动力响应,并且与刚性地基假设下的结构动力响应进行对比,结果表明,考虑土—结构相互作用后,结构的自振特性变化明显,最大的位移、应力和应变响应也随之产生变化。 (3)对所模拟的单柱质量块结构进行了振动台试验研究,并与数值模拟结果进行了对比分析,验证了修正的S-R模型的有效性。 为验证修正的S-R简化模型和数值模拟结果的合理性,根据数值模拟分析,设计制作了两个不同柱截面、三个不同柱高共6个单柱质量块结构模型,利用振动台进行了土—结构相互作用模型试验。振动台试验结果与数值模拟结果对比分析表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,修正的S-R模型可以较好地模拟土—结构相互作用。 (4)采用修正的S-R简化模型模拟土体对上部结构的作用,对某弦支穹顶结构考虑土—结构相互作用条件下的地震动力响应进行了数值分析。 为验证支座等效线性化模型的正确性,将已经验证的修正的S-R简化模型应用在弦支穹顶结构土—结构相互作用的研究中,为此建立了考虑土—结构相互作用的、跨度为92m的弦支穹顶结构整体有限元模型,该模型包括弦支穹顶屋盖,支撑结构和基于修正的S-R(Sway-Rocking)模型简化的土体边界。研究表明,考虑土—结构相互作用后,弦支穹项结构的自振频率明显减小。弦支穹顶上部网壳结构的杆件最大压应力和节点最大位移明显增大,而撑杆最大压应力和斜拉杆及环索的最大拉应力显著减小。