地下结构动力计算中地层弹簧参数和地层边界研究.pdfVIP

摘要

随着城市建设的不断发展，人们对地下空间的利用越来越广泛。如今，许多

大型动力机器工程的土建项目选择将主机室建造在地下，从而利用地基土对结构

的约束来减小动力机器运行时结构的振动。然而，土与结构的动力相互作用十分

复杂，在动力分析时如何模拟土对结构的作用，成为此类大型动力机器主机室地

下结构设计时的一大难点。地下结构有两种常用的计算方法：荷载一结构法和地

层．结构法。现有的荷载．结构法对地基弹簧参数的取值缺乏统一的标准，且未考

虑动力荷载下弹簧参数的变化；现有的地层一结构法在确定地层边界位置时缺乏

理论依据，且地层边界处理的方法也不统一。基于此背景，本文对这两种计算方

法提出了改进，使之适用于地下结构的动力分析，且计算过程较为简便，可用于

工程实用。本文用这两种方法对某超重力离心机主机室地下结构进行了动力分析。

第1章介绍了地下结构的主要类型和特点，总结了地下结构设计理论中的两

种计算模型和土与结构动力相互作用理论的研究现状，并指出了本文的研究思路

和核心内容。

第2章介绍了地基一结构动力相互作用的理论。以刚性圆形基础为例，用解析

解将土对结构的作用进行表达，并由此得出动力荷载下土对结构的作用与荷载频

率的关系。同时，通过将半空间体系与单自由度体系进行对比，阐述了如何将土

对结构的作用通过弹簧一阻尼器进行等效。

第3章针对地下结构的动力计算提出了改进的荷载．结构法。该方法在计算地

基弹簧参数时，先计算弹簧静刚度，再通过弹簧参数与荷载频率的关系求出弹簧

的动刚度和阻尼器的阻尼系数。通过对一个简单算例进行分析，证明该方法可以

顺利求出结构的自振特性和动力响应。

第4章针对地下结构的动力计算提出了改进的地层一结构法。该方法将结构和

地层共同进行有限元建模，土体有限域的范围取结构尺寸的5倍，并在地层外部

设置粘弹性人工边界以模拟土体的无限域。通过对简单算例进行分析，证明该方

法可以顺利求出结构的动力响应，且与第3章中的计算结果互相印证。

第5章对国家重大科技基础设施项目，超重力离心模拟与实验装置中的超重

III

力高速离心机主机室结构进行动力分析。采用第3章和第4章中的方法分别对该主

机室结构进行计算。两种方法的计算结果接近，证明了计算结果的正确性。对计

算结果进行分析后，证明该主机室结构在简谐动力荷载下的响应满足要求，但自

振频率不满足。

第6章对全文研究进行总结，指出本文研究内容不足。对未来在哪些方面可

以进行更深入的研究提出了建议。

关键词：地下结构；动力计算；地基弹簧；地层边界；土与结构相互作用

Abstract

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