[發(fā)明專利]一種基于粘彈性本構(gòu)關(guān)系的地下結(jié)構(gòu)抗震建模方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010762964.5
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111898189A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志超;楊桃;蘇旭林;賴金星;邱軍領(lǐng);施王帥胤;李瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明公開了一種基于粘彈性本構(gòu)關(guān)系的地下結(jié)構(gòu)抗震建模方法，包括以下步驟：步驟1：確定計算整體模型，基于粘彈性邊界公式確定計算整體模型中X方向、Y方向和Z方向的彈簧系數(shù)和阻尼系數(shù)；步驟2：確定計算整體模型的地應(yīng)力平衡，將計算整體模型的地應(yīng)力平衡迭代至符合工程需求；步驟3：地應(yīng)力平衡時的靜力邊界轉(zhuǎn)換為地震動計算的動力邊界；步驟4：判斷計算整體模型的底部邊界情況，并輸入對應(yīng)的地震動力數(shù)據(jù)；步驟5：對計算整體模型的四周施加粘彈性人工邊界；步驟6：調(diào)用計算整體模型中不同土體單元的動力參數(shù)進(jìn)行迭代計算，確定地震動力響應(yīng)計算的參數(shù)。本發(fā)明以粘彈性本構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行抗震建模，本發(fā)明整體操作思路清晰，可重復(fù)性高，錯誤率低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下抗震領(lǐng)域，具體屬于一種基于粘彈性本構(gòu)關(guān)系的地下結(jié)構(gòu)抗震建模方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，針對不同地下結(jié)構(gòu)的抗震安全評價是地下結(jié)構(gòu)的研究熱點(diǎn)方向，相較于開展傳統(tǒng)動力模型試驗時所產(chǎn)生的邊界效應(yīng)、相似系數(shù)以及探測精度等問題，采用數(shù)值動力模型法能夠最大化的降低現(xiàn)場試驗所產(chǎn)生的誤差。同時，隨著計算機(jī)性能的提升和計算理論的完善，越來越可靠的數(shù)值動力模型法成為進(jìn)一步驗證和拓展模型試驗結(jié)論的可靠性及適用性的最佳方法。因此，地下結(jié)構(gòu)的抗震建模手段和水平直接推動了地下抗震的發(fā)展。

地震屬于典型的動力作用，土體在動力作用下的表現(xiàn)十分復(fù)雜，如何在數(shù)值計算中合理的考慮土體動力特性，極大的影響了數(shù)值模擬的可靠性。當(dāng)前在動力模型中采用較多的摩爾-庫倫土體本構(gòu)并不是動力本構(gòu)，而以D-P材料本構(gòu)等為代表的動力模型并不能完全結(jié)合土體的實(shí)驗性能反映土體的動力特性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于粘彈性本構(gòu)關(guān)系的地下結(jié)構(gòu)抗震建模方法，解決目前地下抗震建模的空缺，通過粘彈性本構(gòu)能夠與常用的動力邊界配合使用，且能夠較為完善的反映土體動力特征，是土體動力本構(gòu)的適合選擇，數(shù)值計算的結(jié)果更加合理的考慮土體動力特性，提高數(shù)值模擬的可靠性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于粘彈性本構(gòu)關(guān)系的地下結(jié)構(gòu)抗震建模方法，包括以下步驟：

步驟1：確定計算整體模型，基于粘彈性邊界公式確定計算整體模型中X方向、Y方向和Z方向的彈簧系數(shù)和阻尼系數(shù)；

步驟2：確定計算整體模型的地應(yīng)力平衡，將計算整體模型的地應(yīng)力平衡迭代至符合工程需求；

步驟3：地應(yīng)力平衡時的靜力邊界轉(zhuǎn)換為地震動計算的動力邊界；

步驟4：判斷計算整體模型的底部邊界情況，并輸入對應(yīng)的地震動力數(shù)據(jù)；

步驟5：對計算整體模型的四周施加粘彈性人工邊界；

步驟6：調(diào)用計算整體模型中不同土體單元的動力參數(shù)進(jìn)行迭代計算，確定地震動力響應(yīng)計算的參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟1的計算步驟如下：S11：劃定計算整體模型的邊界；S12：對計算整體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和確定結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)；S13：基于三維粘彈性邊界計算公式確定計算整體模型的各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的土體單元的彈簧系數(shù)和阻尼系數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟2中通過試算反帶入進(jìn)行迭代地應(yīng)力平衡值，具體步驟如下：S21：利用有限元軟件提供的靜力分析獲取計算整體模型的豎向沉降最大值，S22：將獲得的豎向最大沉降值作為地應(yīng)力分析中的初始值開始初次地應(yīng)力平衡，S23：將獲得的初次地應(yīng)力平衡和豎向沉降最大值作為初始值開展二次地應(yīng)力平衡，S24：重復(fù)S21-S23直至地應(yīng)力平衡符合工程需求。

進(jìn)一步的，所述步驟3中地應(yīng)力平衡時的靜力邊界轉(zhuǎn)換為地震動計算的動力邊界以靜力邊界點(diǎn)支反力作為中介。