一种用于土—结构相互作用体系非线性地震动力响应分析的基于数值解与解析解耦合的新方法

【摘要】本文提出了一种新的数值解与解析解耦合的理论和计算方法,研究土—结构相互作用(SSI)体系的地震动力响应。在SSI分析方法中,传统的基于频域内的解析方法只适用于简单的线弹性结构、刚性基础和等效线弹性的半无限大地基组成的体系中,具有较大的局限性。而基于非线性有限元的数值法,能较好的处理实际问题中的复杂结构,考虑地震中土和结构的非线性行为、土—结构之间的接触面以及土的边界等问题,但该方法计算量大。因此在子结构法的基础上,本文提出了一种新型的数值解与解析解耦合方法。这种方法用有限元程序OpenSees模拟复杂结构的非线性行为,用等效线弹性频域内的解析解模拟地基土的行为,使用时域离散递归方法(recursivefilter)将频域内的解析解转化到时域内,再通过整个体系中不同子结构边界上力和位移的协调来求解。解析解用C++程序编制,二者之间的耦合和实时数据交流通过基于CS方法的集成方法来实现。为验证此耦合算法的效率、精度和工程实用性,本文首先以一个单自由度体系为例,详细介绍了SSI分析的基本步骤及关键点,并分析得到位移频域响应函数(displacementfrequencyresponsefunctions)。通过与频域内解析解的频域响应函数对比,分析和量化了此方法的误差,讨论了时间步长、阻尼等对误差的影响。分析研究了当结构进入非线性和非线性程度逐渐增加时的系统响应变化、频域响应函数变化。其次,将此SSI耦合算法应用于一个简单的两层多自由度框架模型中,再次通过对比解析解和耦合算法得到的频域响应函数来验证此方法的精度、稳定性和实用性,并分析和量化其误差。对结构进行非线性分析,考虑不同时间步长和阻尼对地震反应的影响,讨论了非线性结构是否考虑柔性地基的动力响应。最后,本文以一个实际工程,美国加州理工大学Millikan图书馆为例,基于此耦合SSI方法研究其在地震作用下的非线性动力问题,对比在考虑和不考虑SSI体系情况下结构动力响应的区别。本文所提的耦合SSI计算方法和部分研究成果为工程设计人员提供参考。
【作者】傅敏红；
【导师】古泉；
【作者基本信息】厦门大学，岩土工程，2014，硕士
【关键词】土—结构相互作用；子结构法；CS方法；数值解与解析解耦合方法；OpenSees；非线性地震动力响应分析；

【参考文献】
[1]曾泽薪.经济发展方式转变期我国农村职业教育利益相关者研究[D].江西农业大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[2]谢伟.大鼠miR-185-3p调控的TrkB.FL信号通路抑制神经元痫样放电的研究[D].天津医科大学,生物医学工程,2014,博士.
[3]赵希忠.慢传输型便秘患者精神心理障碍的规律分析[D].成都中医药大学,中医外科学,2012,硕士.
[4]蔺月敬.基于刚柔耦合的典型击发机构机理分析[D].南京理工大学,火炮、自动武器与弹药工程,2013,硕士.
[5]董军,杨帆,曹秀堂,刘志敏,代伟,郝璐.医院医疗质量评价的统计信息框架[J].中国卫生质量管理,2004,04:10-12.
[6]姜俊.电容储能缝焊控制系统的研究[D].南昌航空大学,材料加工工程,2012,硕士.
[7]陈骞,郑琼林,李艳.航天用带耦合电感的电流连续型推挽类拓扑研究[J].电工技术学报,2014,10:1-11.
[8]张天伦.井中有套管情况下用直流电阻率法确定油气藏边界的实验与研究[J].石油地球物理勘探,1993,03:314-324+378.
[9]孙兢兢.中国职工合唱发展与探索[D].中国音乐学院,音乐表演,2012,硕士.
[10]钱姝屹.CD4~+CD25~+调节性T细胞在狼疮性肾炎中的作用及霉酚酸酯对其的影响[D].湖南师范大学,内科学,2013,硕士.
[11]郭海东.遗传算法及其在生产调度中的应用研究[D].浙江工业大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[12]王松林.渝东南地区残疾人体育事业发展调查研究[D].西南大学,职业技术教育学,2012,硕士.
[13]武岳,杨庆山,沈世钊.膜结构分析理论研究现状与展望[J].工程力学,2014,02:1-14.
[14]郭长宇.Android人脸检测系统的研究与实现[D].哈尔滨工业大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[15]张婧婧.血管性痴呆不同中医证候患者的颅脑磁共振定量研究[D].广州中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[16]晏翎,刘清亭,胡圣飞,杨敏.低密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/炭黑导电发泡材料的压阻特性[J].高分子材料科学与工程.
[17]焦勇.飞行仿真数据库设计与开发[D].西北工业大学,飞行器设计,2004,硕士.
[18]赵苗.唐宋时期女性婚嫁服饰比较及其对当代时尚文化的影响[D].武汉纺织大学,设计艺术学,2014,硕士.
[19]杨万能.水稻产量相关性状参数自动提取的数字化技术研究[D].华中科技大学,2011.
[20]周海亮.基于J2EE创建高效Web系统的应用研究[D].河海大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[21]方月龙.葛根素对经IL-1β诱导的大鼠颈椎间盘纤维环细胞凋亡的影响[D].福建中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2013,硕士.
[22]任丽坤.空间频率与视野位置在面孔识别中的作用[D].河北大学,基础心理学,2014,硕士.
[23]范瑾.《龙门四品》与《郑文公碑》比较研究[D].山西师范大学,美术学,2013,硕士.
[24]徐立中,杨光亚,许昭,F.MARRA,C.TRHOLT.电动汽车充电负荷对丹麦配电系统的影响[J].电力系统自动化,2011,14:18-23.
[25]王璐.基于离子液体功能化石墨烯的三种无酶电化学传感器的研究[D].西北大学,2013.
[26]刘秀荣.行政诉讼的原告资格[D].吉林大学,法律,2004,硕士.
[27]高晓玉.磁共振扩散加权成像对肺癌化疗疗效评估及预测的应用研究[D].苏州大学,影像医学与核医学（专业学位）,2013,硕士.
[28]顾维青.中兴固网3G:平滑演进构建全IP的IMS架构[J].世界电信.2006(11)
[29]何冰.基于序列的人类蛋白质泛素化修饰位点计算分析[D].南京航空航天大学,生物医学工程,2013,硕士.
[30]陈飘洋.800例正畸患者恒牙先天缺失的发生情况及其与常见牙体异常相关性的研究[D].辽宁医学院,口腔临床医学,2012,硕士.
[31]何晓菊,郭亚斌.鄂尔多斯盆地苏里格庙地区上古生界砂岩储层预测技术和效果[J].石油地球物理勘探,2002,S1:9-13+221.
[32]张文婧.论司法三段论构建中的价值判断[D].天津商业大学,法学理论,2013,硕士.
[33]余秀琴.民主与法制视野内的中小学教代会制度[D].江西师范大学,教育管理,2003,硕士.
[34]邵金鹏.美国产权保险法律制度及其对我国的启示[D].华中科技大学,法律,2013,硕士.
[35]徐志健.CT引导下宫颈癌三维近距离治疗中施源器移位及剂量分布的研究[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[36]徐艳.训练学生互评作文的效果研究[D].西北师范大学,英语语言文学,2003,硕士.
[37]史玮炜.电控柴油机便携式故障诊断仪的研发[D].上海工程技术大学,车辆工程,2013,硕士.
[38]张金龙.新课程背景下“初中双自主教学模式”研究[D].河北师范大学,教育管理,2014,硕士.
[39]张瑞.甘肃临夏回族自治州回族老年人根面龋发病状况的抽样调查与分析[D].兰州大学,口腔临床医学,2013,硕士.
[40]向云.《福祉的思想》翻译实践报告[D].曲阜师范大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[41]杨慧,娄安如,高益军,宋宏涛.北京东灵山地区白桦种群生活史特征与空间分布格局[J].植物生态学报,2007,02:272-282.
[42]荣晨尧.非齐次拟线性双曲组具小全变差初值的Cauchy问题[D].复旦大学,应用数学,2012,硕士.
[43]耿艳辉.电纺法制备LiFePO_4/C纳米纤维锂离子电池正极材料的研究[D].哈尔滨工业大学,2012.
[44]龙云铭.拟南芥与几种病毒原菌的互作及其对辣椒疫霉的抗性遗传分析[D].华中农业大学,植物病理学,2001,硕士.
[45]金超,秦瑶,杨金虎.新型非TiO_2半导体光催化剂[J].化学进展,2014,Z1:225-233.
[46]玛丽（MARIANAGRYNIV）.乌汉禁忌语对比研究[D].吉林大学,语言学及应用语言学（专业学位）,2013,硕士.
[47]刘小峰.基于计算实验的流域水环境治理模式研究[D].南京大学,管理科学与工程（专业学位）,2011,博士.
[48]张欣.湖北省建筑业专业技术人员继续教育模式研究[D].武汉理工大学,2005.
[49]汤申生,姚永炀.关于发展我国卫星移动通信的看法[J].世界电信.1997(02)
[50]陈英.上市公司成长性与资本结构关系的实证研究[D].吉林大学,会计学,2004,硕士.