[發(fā)明專利]一種基于opensees的液化場(chǎng)地非線性樁基礎(chǔ)模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911163949.2
• 申請(qǐng)日: 2019-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN111125944A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 貢浩;周太全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王玉仙

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于opensees的液化場(chǎng)地非線性樁基礎(chǔ)模擬方法。基于非線性有限元計(jì)算軟件OpenSees平臺(tái)，模擬在地震荷載下單樁和群樁基礎(chǔ)的動(dòng)力反應(yīng)，并且貼近實(shí)際工況，對(duì)未來進(jìn)行非線性樁基礎(chǔ)在地震荷載作用下的地震動(dòng)力反應(yīng)有指導(dǎo)意義，通過樁單元采用OpenSees材料庫(kù)中的纖維單元模型，并在樁土作用節(jié)點(diǎn)處加入彈簧單元來刻畫樁土的動(dòng)力相互作用，最后采用合適的邊界條件以及地震波加載方式，從而盡可能地還原實(shí)際液化場(chǎng)地樁基動(dòng)力反應(yīng)的離心機(jī)試驗(yàn)，使得該模擬方法能夠有效預(yù)測(cè)自由場(chǎng)地、單樁和群樁在動(dòng)力條件下的反應(yīng)，解決樁?土相互作用的分析難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于opensees的液化場(chǎng)地非線性樁基礎(chǔ)模擬方法。

背景技術(shù)

地震災(zāi)害作為自然災(zāi)害中破壞能力最大的一種，一直是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為重視的。其中，橋梁結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)對(duì)地震的反應(yīng)最為明顯，歷次震害表明，地震導(dǎo)致的樁基礎(chǔ)周圍砂土液化從而導(dǎo)致的砂土變形與擴(kuò)展對(duì)橋梁樁基造成的破壞最為嚴(yán)重，是橋梁樁基震害最普遍的表現(xiàn)形式。實(shí)踐與研究表明:地震下液化側(cè)向大變形土體顯著地影響著橋梁樁基的力學(xué)行為，導(dǎo)致樁側(cè)土壓力明顯增加，極易造成樁基的嚴(yán)重?fù)p壞，進(jìn)而耦聯(lián)上部橋梁結(jié)構(gòu)的失效甚至倒塌。自1995年日本阪神地震后，各國(guó)學(xué)者開始重視液化側(cè)向流動(dòng)場(chǎng)地橋梁樁基的抗震問題，且陸續(xù)開展了一些研究工作。自此，這一領(lǐng)域便成為國(guó)內(nèi)外樁基抗震研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算是研究樁基礎(chǔ)抗震問題的主要方法。目前模擬試驗(yàn)的種類，主要分為振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與離心機(jī)試驗(yàn)，兩類試驗(yàn)雖為研究該問題的最為有效的手段，但是因其耗時(shí)、費(fèi)錢、準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)、且適應(yīng)性較低，并且其能夠考慮的影響因素并不多。因此，本文基于大型有限元軟件OpenSees，對(duì)某離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)可液化地基中樁基礎(chǔ)的地震響應(yīng)進(jìn)行了研究。數(shù)值模擬方法憑借其快速、高效、精度高的特點(diǎn)已成為研究巖土地震工程問題的重要手段之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于非線性有限元計(jì)算軟件OpenSees平臺(tái)，模擬在地震荷載下單樁和群樁基礎(chǔ)的動(dòng)力反應(yīng)，且貼近實(shí)際工況的基于opensees的液化場(chǎng)地非線性樁基礎(chǔ)模擬方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于opensees的液化場(chǎng)地非線性樁基礎(chǔ)模擬方法，包括以下步驟：

(1)獲取液化場(chǎng)地樁基動(dòng)力反應(yīng)離心機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

(2)基于OpenSees平臺(tái)，根據(jù)步驟(1)中的離心機(jī)試驗(yàn)建立樁-土相互作用有限元模型：

S1、建立匹配步驟(1)的離心機(jī)試驗(yàn)中的砂土層有限元模型，并將所述砂土層有限元模型劃分成若干個(gè)砂土實(shí)體單元；

S2、在所述砂土層有限元模型中建立樁身單元，所述樁身單元由若干樁單元組合而成；

S3、所述樁單元采用OpenSees材料庫(kù)中的纖維單元以匹配步驟(1)中離心機(jī)試驗(yàn)的樁身材料本構(gòu)模型；

S4、在所述砂土實(shí)體單元和樁單元之間施加彈簧單元，用于模擬所述砂土實(shí)體單元和所述樁單元間的相互作用；

(3)對(duì)所述樁-土動(dòng)力相互作用有限元模型施加動(dòng)力條件進(jìn)行模擬，并計(jì)算樁-土相互作用有限元模型的彎矩：M＝F×L，其中，F(xiàn)表示模擬時(shí)所述樁身單元所受的剪切應(yīng)力，L表示所述樁身單元的長(zhǎng)度；

(4)導(dǎo)出步驟(3)中的彎矩?cái)?shù)據(jù)并與步驟(1)中的所述離心機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)。

優(yōu)選的，步驟S1中模擬砂土實(shí)體單元的步驟為：

S11、在所述砂土層有限元模型中引入OpenSees中基于u-p形式水土動(dòng)力耦合的QuadUP單元作為所述砂土實(shí)體單元；