地震作用下土结构相互作用的接触效应研究

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1、第35卷，第2期公路工程Vo1．35．No．22010年4月HighwayEngineeringApr．，2010地震作用下土一结构相互作用的接触效应研究曾志强，郭志宇(湖南金路工程咨询监理有限公司，湖南长沙410011)[摘要】采用动力有限元时程分析方法，利用大型通用有限元软件MARC，对土一箱基础一框架结构相互作用的接触面效应问题进行了数值研究，结果表明考虑接触面效应后，结构柱子上的弯矩、剪力、轴力明显减小。[关键词]土一结构动力相互作用；接触；地震反应分析[中图分类号】U416．03[文献标识码】B[文章

2、编号]1674—0610(2010)02—0138—02TheContactEfiectResearchonSoil．structureInteractionUnderSeismicResponseCENGZhiqiang，GUOZhiyu(HunanJinluEngineeringConsultCo．，ltd，Changsha，Hunan410011，China)[Keywords]Thesoil·structuredynamicinteraction；Contacteffect；Earthquakeresp

3、onseanalysis本文利用MARC程序的接触单元实现土体与0前言结构接触界面上的状态非线性模拟。交界面处的土大量的试验和理论分析发现，在地震作用下，地表面作为接触面，而将结构(或基础)表面作为目标基和结构之间会发生相互作用。抗震规范规定考虑面，在交界面的土表面形成接触单元、结构(或基相互作用的结构，剪力和层间位移可以进行折减。础)表面上形成目标单元，然后通过相同的实常数但进一步表明，考虑土一结构动力相互作用后只考对将对应的接触单元和目标单元定义为一个接触虑第一振型作用时有规范规定的相近的折减规律，对。通过

4、选择合理的参数，实现土与结构(或基础)但计入高振型的影响时结构顶部几层水平地震作用界面上的粘结、滑移、脱离、再闭合的状态非线性模有时不仅不会折减，反而有增大的现象。在强烈地拟。震作用下，结构和基础相邻的地基会进入塑性状态，1．3阻尼而结构和地基接触面上可能会发生提离、滑移现象，在结构与地基的相互作用问题中，地基的阻尼如果不考虑这种接触的几何非线性是不合适的；只往往大于结构本身的阻尼，对于结构和地基应分别有考虑了这种接触面上的提离、滑移，才能真实地反输入不同的阻尼。采用MARC程序中的材料阻尼应结构在强烈地震下的

5、反应特性。本文采用动力有的输入方法，针对每一种材料忽略阻尼(质量阻限元时程分析方法，研究了水平地震作用下土一箱尼)，输入阻尼(刚度阻尼)，实现结构和地基不同阻基础一框架结构相互作用体系的接触面效应。尼的输入。1．4网格划分1接触效应分析模型在用MARC程序对分成土一箱一结构相互作1．1材料的动力本构模型和材料的模型用体系野外大比例模型建模中，土体、基础和上部结上部结构采用随动双线形硬化本构模型到非线构都采用三维实体单元。网格划分时考虑了如下主性，所以上部结构采用线弹性，本文中土体采用已在要原则：波动对网格划分的

6、要求；使节点与试验金属和泥土塑性领域广泛使用各向同性Mohr-Cou·的测点布置相对应，满足计算仿真与试验结果对照lomb理想弹塑性模型。分析对网格划分的要求；求解精度对有限元网格划1．2土体与结构接触界面上的状态非线性模拟分的要求。[收稿日期]2010—04—06[作者简介]曾志强(1977一)，男，江西宜春人，工程师，主要从事公路和桥梁工程施工，监理招投标工作。第2期曾志强，等：地震作用下土一结构相互作用的接触效应研究l391．5边界条件的考虑构底部的内力与不考虑接触时有明显的不同，弯矩、有限元只能处理有限

7、域问题，但箱一土一结构剪力、轴力均有一定程度的减小(见图1～图4)。体系中土体是一个半无限体，因此存在从半无限体考虑接触后的弯矩峰值是不考虑接触时的0．796中截取有限域的问题。在地震作用下，有限域边界倍、剪力峰值是不考虑接触时的0．785倍、轴力峰值的存在会使计算域内的外行波不能透过边界到无穷是不考虑接触时的0．759倍。而离结构基础边缘的远处。为了减小误差，需要设置人工边界。采用文地表面，从计算中可以看出有一定的影响，但是影响献建议的人工边界条件，土体底部采取固结边界，两不是很明显。由此可以说明考虑接触效应

8、后，对结侧采用粘一弹性人工边界，边界距基础边的距离为构上部内力的影响是明显的，不容忽视的。而实际l0倍基础宽度。中基础与地基在强烈的地震作用下也不会是粘在一起，总是会在一定程度上产生提离，滑移的。2模型及结果分析60O002．1模型设计40O00——接触本文试验框架结构为1／2大比例模型，模型设g2OO0o计如下：巴0．^是．．一V上部结构柱距为3．0×3．0m的无填充墙的框鼎一200