【摘要】：普通建筑物在進(jìn)行地震反應(yīng)分析時,常用的方法是將下部地基視作剛體,并忽略地震波實(shí)際傳導(dǎo)至各個支承點(diǎn)處的時間差問題,采用一致激勵的地震動輸入方法,但是冷卻塔作為大跨度結(jié)構(gòu),直接采用剛性地基假設(shè)是不夠合理的。近年來,隨著國家用電需求的增加,作為火力發(fā)電廠重要降溫裝置的冷卻塔,其規(guī)模與體量也在不斷加大,大部分是高度超過200m的超大型構(gòu)筑物,底部直徑可達(dá)到180m以上,建設(shè)地點(diǎn)多位于內(nèi)陸地區(qū)的南北地震帶上,地震危險性高,場地條件復(fù)雜,在這樣的情況下,考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用以及多點(diǎn)激勵輸入方式就成為了不可回避的問題。圍繞這些問題,本文采用了有限元數(shù)值模擬分析方法,根據(jù)彈性波動理論,通過等效荷載法建立了輸入地震動的粘彈性人工邊界,對大型冷卻塔結(jié)構(gòu)行波效應(yīng)、土-結(jié)相互作用等問題進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容及成果有以下幾個方面:1)研究了地基的剛度變化對冷卻塔結(jié)構(gòu)動力特性的影響。以工程實(shí)例為背景建立了Ⅱ類場地條件下的剛性地基模型與土-結(jié)相互作用模型,分別取前500階振型,觀察其變化規(guī)律。結(jié)果表明,冷卻塔結(jié)構(gòu)自振頻率分布十分密集,自振頻率低,周期長,整體振型數(shù)量少且出現(xiàn)較晚,土-結(jié)相互作用模型與剛性地基模型規(guī)律基本一致,但自振頻率更小,自振周期延長,整體振型的出現(xiàn)提前。2)通過對比8度多遇罕遇地震下剛性地基模型與考慮行波效應(yīng)模型的響應(yīng)差異,發(fā)現(xiàn)兩種工況下水平向的最大值都是在下支柱頂部出現(xiàn),響應(yīng)幅值在支柱上沿高度逐漸增大,塔筒上沿高度逐漸減小,一致激勵下塔筒環(huán)向各點(diǎn)的幅值變化小,呈整體平動特點(diǎn),與剛性模型相比,結(jié)構(gòu)受到行波效應(yīng)的影響后,水平地震作用隨視波速的減小而減小,豎直地震作用隨視波速的減小而增大,當(dāng)視波速增大,地基達(dá)到一定剛度時,多點(diǎn)激勵下的地震動輸入與剛性一致激勵的結(jié)果相差不大,此時可以不考慮行波效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響。3)對比分析了冷卻塔結(jié)構(gòu)在剛性地基、行波效應(yīng)、綜合考慮土結(jié)相互作用及行波效應(yīng)三種工況下結(jié)構(gòu)的地震動響應(yīng)后發(fā)現(xiàn),考慮土-結(jié)相互作用時,在塔筒部分的響應(yīng)幅值會隨高度上升先減小后增大,說明它對塔頂部位的地震作用有放大效果,所以在考慮土-結(jié)相互作用時,結(jié)構(gòu)的薄弱部位位于塔頂。4)相較于剛性一致激勵模型環(huán)向幅值變化小的特點(diǎn),考慮行波效應(yīng)后,環(huán)向波動幅度更明顯,考慮了土-結(jié)動力相互作用后,波動變平緩且整體動力響應(yīng)大幅降低�？紤]了土體的彈性作用后,結(jié)構(gòu)響應(yīng)遠(yuǎn)小于剛性模型,略小于只考慮行波效應(yīng)的模型,說明地基土剛度越大,地震作用越大,相互作用模型下部彈性土體在結(jié)構(gòu)底部起隔振作用,大大減弱了地震響應(yīng),由于剛性地基模型與考慮土-結(jié)相互作用的模型地震響應(yīng)差異明顯,冷卻塔這樣的大跨度結(jié)構(gòu),不應(yīng)忽略土-結(jié)構(gòu)動力相互作用。
【圖文】：

圖 2-1 土-結(jié)構(gòu)動力分析方法的分類Fig.2-1 Classification of soil-structure dynamic analysis methods其中，子結(jié)構(gòu)法和整體法是土-結(jié)相互作用問題當(dāng)中應(yīng)用最廣泛的方法[32]，但是在30]中，這兩種方法被證明是等價的，所以下面只對子結(jié)構(gòu)法進(jìn)行介紹。3 子結(jié)構(gòu)法分析一個系統(tǒng)的土-結(jié)相互作用的動力問題時，，從一開始就完整地考慮整個體系的相用是非常復(fù)雜的，為了在研究中，既能夠考慮它們的主要作用效應(yīng)，又較為簡便直般會把土-結(jié)相互作用的問題看作兩種作用的疊加效應(yīng)，一種是運(yùn)動相互作用，一慣性相互作用。其中，運(yùn)動相互作用包含的是樁、土在地震波作用下產(chǎn)生的運(yùn)動的，慣性相互作用反映的是上部結(jié)構(gòu)存在的質(zhì)量所帶來的慣性力的作用[32]。子結(jié)構(gòu)法就是將整個系統(tǒng)自上部結(jié)構(gòu)與地基的接觸面處劃分為兩個子結(jié)構(gòu)，每個子可以采用不同或相同的數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算機(jī)計(jì)算時，會根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置，將這子結(jié)構(gòu)劃分為更多的子結(jié)構(gòu)，在它們的分界面上，根據(jù)協(xié)調(diào)條件，從上至下逐個進(jìn)度和載荷的凝聚，直至最終，將這個結(jié)構(gòu)的剛度和載荷全部凝聚在基礎(chǔ)部分上，這

圖 2-3 土體不同參考系的動力剛度矩陣Fig.2-3 Dynamic stiffness matrix of different reference systems of soil易求得，還是要轉(zhuǎn)而利用自由場與開挖后土體的關(guān)系，在計(jì)算動原則加以利用，即：, - = 體為結(jié)構(gòu)體，對照式(2-4)，其中, - = ，, - = , -，* +{ }(, - ) = { } (2-7)可得： { } = { } 式(2-5)得出運(yùn)動離散方程： , - , -, - , - ( )( ) = * + { }
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU311.3

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本文編號：2699538