本文選題：木結構古建筑 + 土—結構動力相互作用�。� 參考：《西安建筑科技大學》2017年碩士論文

【摘要】：中國木結構古建筑在世界古建筑體系中占有非常重要的地位,對其抗震性能進行分析和研究具有重大的歷史與現實價值。長久以來,對于木結構古建筑的結構抗震分析采用的都是剛性地基假定,在進行計算時僅僅考慮了上部結構,將自由場地表反應作為地震動輸入結構。雖然這種方法易于處理,模型簡單,計算方便,但是這種模型計算出的地震反應與實際結構的地震反應有一定的差別。本文以西安東門箭樓為背景,采用ANSYS的APDL語言建立四種不同的計算分析模型,并對四種模型進行了模態(tài)分析及動力時程分析,總結土—結構動力相互作用對上部木結構的動力特性、變形特性及結構內力反應的影響。介紹了土—結構動力相互作用的概念,對近年來土—結構動力相互作用的研究成果進行了總結。建立了均勻半空間水平成層土壤的一維理想化模型,在一維重復波動理論的基礎上,利用SHAKE91程序進行自由場地震動反演分析,得到了下部土體各層的加速度、應力、應變時程,結果表明基巖處的地震動傳播到地表時其波型變化不大但是幅值有較大的增加,地震波的高頻成分減少而低頻成分變得更加豐富,說明土體對地震波具有濾波和放大作用。通常情況下對加速度波形進行連續(xù)積分即可得到速度時程和位移時程,但事實上在直接積分時會出現位移基線漂移的現象,根據最小二乘速度時域校正法基本原理編制Fortran程序對速度和位移時程曲線進行調整,得到了比較滿意的結果。建立了西安東門箭樓的四種計算分析模型,并對模型進行模態(tài)分析、反應譜分析及動力時程分析。模態(tài)分析結果表明,考慮土—結構動力相互作用后,結構的自振頻率和振型與剛性地基假定的情況下相比都發(fā)生了很大的改變,結構的自振頻率出現了不同程度的降低,結構某些振型的出現順序也發(fā)生了一定的改變。反應譜分析及動力時程分析結果表明,考慮土—結構動力相互作用后,剛性基底整體模型得到的上部結構各層的絕對加速度、相對柱腳位移及各層的剪力都較剛性地基情況下有較大的增大;考慮基底的柔性后,上部結構的加速度較剛性基底情況下略有下降,且在Taft波和Lanzhou波激勵下其依然大于剛性地基模型,而相對柱腳位移和各層剪力均在剛性基底模型的基礎上又有所增大。分析及計算的結果表明,對于高臺基木結構古建筑,上部木結構、臺基、臺基下部土體是一個統(tǒng)一的整體,三者之間相互影響。在進行地震反應分析時,必須考慮土—結構動力相互作用的影響,并選擇合適的地震動輸入方式,以確保分析結果的正確性。
[Abstract]:The ancient Chinese wooden architecture plays an important role in the world ancient building system. It is of great historical and practical value to analyze and study its seismic performance. For a long time, the structural seismic analysis of wooden structures is based on the assumption of rigid foundation. In the calculation, only the superstructure is considered, and the surface response of the free site is regarded as the input structure of the ground motion. Although this method is easy to deal with, the model is simple and the calculation is convenient, the seismic response calculated by this model is different from that of the actual structure. In this paper, taking the Dongmen Arrow House of Xi'an as the background, the APDL language of ANSYS is used to establish four different calculation and analysis models, and the modal analysis and dynamic time history analysis of the four models are carried out. The influence of soil-structure dynamic interaction on the dynamic characteristics, deformation characteristics and internal force response of upper wood structures is summarized. This paper introduces the concept of soil-structure dynamic interaction and summarizes the research results of soil-structure dynamic interaction in recent years. A one-dimensional idealized model of horizontal stratified soil in homogeneous half-space is established. Based on the one-dimensional repeated wave theory, the free site vibration inversion analysis is carried out by using SHAKE91 program, and the acceleration, stress and strain time history of each layer of the lower soil is obtained. The results show that the wave pattern of the ground motion propagates to the ground surface is not changed much, but the amplitude is increased, the high frequency component of the seismic wave decreases and the low frequency component becomes more abundant, which indicates that the soil has the function of filtering and amplifying the seismic wave. In general, velocity time history and displacement time history can be obtained by continuous integration of acceleration waveform, but in fact displacement baseline drift will occur in direct integration. According to the basic principle of the least square velocity time domain correction method, Fortran program is compiled to adjust the velocity and displacement time history curves, and satisfactory results are obtained. Four kinds of calculation and analysis models of Dongmen Arrow in Xi'an are established, and modal analysis, response spectrum analysis and dynamic time history analysis are carried out. The modal analysis results show that the natural vibration frequency and vibration mode of the structure have changed greatly compared with the assumption of rigid foundation after considering the soil-structure dynamic interaction, and the natural vibration frequency of the structure has been reduced in varying degrees. The appearance sequence of some vibration modes of the structure has also changed to a certain extent. The results of response spectrum analysis and dynamic time history analysis show that considering the soil-structure dynamic interaction, the absolute acceleration of each layer of the superstructure can be obtained by the rigid basement integral model. The relative displacement of column foot and shear force of each layer are larger than that of rigid foundation, and the acceleration of superstructure decreases slightly when considering the flexibility of base. Under the excitation of Taft wave and Lanzhou wave, it is still larger than the rigid foundation model, and the relative displacement of column foot and shear force of each layer are increased on the basis of rigid foundation model. The results of analysis and calculation show that the upper wood structure and the lower soil mass of the platform foundation are a unified whole for the ancient building with high platform foundation and the three factors interact with each other. In seismic response analysis, the influence of soil-structure dynamic interaction must be taken into account, and the appropriate input mode of ground motion should be chosen to ensure the correctness of the analysis results.
【學位授予單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU366.2

【參考文獻】

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本文編號：2026584