高耸塔体结构抗震分析的动力相互作用研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanxiaoming
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塔体结构-基础-地基以及水体是一个复杂的动力相互作用系统。面向工程设计的需要,从结构力学法的基本原理出发,主要考虑结构体在水平剪力及弯矩作用下的剪切与弯曲变形,或在竖向载荷作用下的轴向变形,而建立起来的多质点简化体系模型,在目前水工结构(以重力坝为代表)及高耸结构的抗震设计过程中,较有限元等以新技术为基础的设计方法而言,简便而有着更广泛的应用。但多质点简化力学模型往往以简化处理为特征,诸多动力影响因素被过度简化。据此,以研究复杂因素对高耸塔体结构抗震动力分析的影响为目的,本文基于高耸结构多质点简化模型,从地基因素对结构动力响应的影响,地基和动水等复杂因素对结构动力响应的影响,到有限元模型的动力响应分析及地基土集总参数模型的进一步完善等方面,开展了一系列研究工作:1.基于高耸塔体结构多质点简化力学模型,从结构体柔度阵出发提出了简便统一形式的地基边界及动水处理模式,着重对比了刚性地基、伏格特弹性地基及10与18集总参数模型表征的无限地基模型等不同地基模型的取值及其对结构动力响应的影响。2.在无限地基模型的基础上,在节点附加质量、Westergarrd动水、Housner模型等不同动水压力简化导出模型基础上数值对比分析不同水位条件对结构动力响应的影响。3.利用大型数值分析软件ANSYS进行高耸塔体结构有限元模型的动力分析。并对无限地基集总参数模型进行了进一步的研究:利用ANSYS实现了三维无限地基集总参数模型的模拟,针对常规的共轭方向法进行无限地基集总参数模型参数优化时的一些缺陷,采用了简单易行的差分进化算法(DE)进行集总参数模型的参数优化。在数值结果详细对比的基础上,可明确结构安全性的可信区间,为保证必要的抗震能力安全储备提供依据。结合工程实例,在简便力学模型的基础上,以时程法分析了结构的抗震性能,探讨结构-地基-水体的复杂动力相互作用,计算量小,利于工程人员接受,也是传统简便设计方法向考虑以复杂因素为基础的新设计方法过渡的体现。此外,对于完善传统结构力学设计方法及其动力分析计算过程,也具有重要意义。
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