人工邊界適用性分析

《人工邊界適用性分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。

1、人工邊界適用性分析摘要：人工邊界條件是對建筑結構進行土-結構動力相互作用分析的必備條件，因此人工邊界條件的研究是土-結構動力相互作用研究的前提,具有重要的意思。本文總結了各種常用的人工邊界條件，并通過模型驗證了各種邊界條件的適用性。關鍵詞：土-結構相互作用，人工邊界中圖分類號：TU97文獻標識碼：A1引言我國位于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震活動頻度高、強度大、震源淺，分布廣。因此，對建筑結構的抗震性能分析關系到我國的國計民生，具冇及其重要的意義。而人工邊界條件是對建筑結構進行土-結構動力相互作用分析的前提，是進行土-結構動力彈塑

2、性分析的必備條件。國內外對人工邊界的研究己取得了一些成果，但還沒有達成完全共識。本文在前人研究成果的基礎上對人工邊界條件作進一步深入分析，以期達到再認識的目的。2常用的人工邊界①粘性邊界(ViscousBoundary)JohnLysmer和RogerL?Kuhlemeyer提出了粘性邊界，通過沿著人工邊界上設置一系列的阻尼器以吸收向外傳播的能量，以模型波透過人工邊界向無限遠處傳播的過程。粘性邊界的邊界條件為：(2.1)①無限元邊界(TnifiniteElementBoundary)1973年，R.Unless首先提出了無限元(infi

3、niteelement)這一概念，在ABAQUS有限元軟件中，無限元邊界借鑒了粘性邊界的理論，在單元本身引入了阻尼系數(shù)來確保任何入射情況下都沒有反射波。對于縱波和橫波，無限元的阻尼系數(shù)分別為(2.2)(2.3)②粘-彈性邊界(Viscous-SpringBoundary)Deeks[[[l]DeeksAJ,RandolphMF.Asymmetrietimedomaintransmittingboundaries[J]?JournalofEngineeringMechanics,1994,120(1):25-42.]](1994年)假定二

4、維散射波為柱面波，通過與粘性邊界相類似的推導過程提出了粘-彈性邊界。粘-彈性邊界的邊界條件為：(2.4)(2.5)③透射邊界(TransmittingBoundary)20世紀80年代初，廖振鵬[[[2]廖振鵬，黃孔亮,楊柏坡，等?暫態(tài)波透射邊界[J]?中國科學(A輯),1984,26(6):50-56.]]用平面波的傳播條件導出了人工邊界的階透射公式。取人工邊界任一點處的局部坐標沿該點的外法線方向，入射波沿軸的視傳播可以用下式表示：(2.6)①遠置邊界遠置邊界也就是自山邊界，自山邊界上的力和位移都等于零，波在邊界處完全反射冋來。為了讓

5、波的反射不對計算結果產生影響，要把邊界取的足夠遠，使反射波來不及達到研究區(qū)域，根據(jù)波動理論，邊界的距離應該滿足(2.7)3各種邊界的適用性分析一般對于基巖上的多層土看作是具有若干質點的振動體系，在振動體系中僅考慮地震剪切波引起的振動，采用剪切質點系的模型進行研究。場地土的基本振型固冇周期可按下列簡化公式進行計算：對于單一土層時：(3.1)其中是覆蓋層厚度，即從基巖算起至地面的厚度；是剪切波波速。下面取大小的二維土體，材料性質如表3.1所示，當，時，土層基本振型固冇周期，頻率為。模型的底部采用固過邊界，而側邊分別采用無限元邊界、粘性邊界、

6、粘彈性邊界、固定邊界及自由邊界進行對比分析，各個模型的前5階頻率見下表所示：表3.1前5階頻率結果Table3?1The1、5frequencies對于底部采用固定邊界，側邊釆用人工邊界的情況，相當于模擬土體底部是基巖而側邊土體無窮遠。側邊采用粘彈性邊界的計算結果和側邊自由的模型的結果是相同的；而側邊采用無限元邊界模型的計算結果和側邊自由模型的結果稍有差別，這是因為無限元部分也是被賦予了質量和彈性模量的，這部分對剛度和質量有貢獻；側邊粘彈性邊界的第一階頻率比較接近估算方法得出的結果；側邊采用固定邊界計算出的頻率相比較其他各種情況差別較大

7、，頻率較高。從各種情況的對比可以看出，在進行模態(tài)分析的時候，粘性邊界、無限元邊界和自由邊界的效果基本上是等同的；粘彈性邊界可以模擬地基的彈性恢復力，得出的結果最接近理論解；而固定邊界進行模態(tài)分析得出的頻率和經驗值相比較人。所以采用粘彈性邊界既可以進行結構的模態(tài)分析又可以進行動力反應分析，粘彈性邊界一種比較適用的邊界。無限元邊界和粘性邊界沒有彈性恢復力和自由邊界的效果相同，如果模型的底部也采用無限元邊界和粘性邊界，則模型不能進行模態(tài)分析，邊界的使用將受限制。②人工邊界的穩(wěn)定性分析為了分析人工邊界的穩(wěn)定性，取分布荷載作用下的平面半空間問題進

8、行計算，線荷載的作用長度為20m,荷載的作用位置和作用荷載的形式圖3.1和3.2所示。底部和在模型的頂部中部輸入1脈沖波，點A與點B的距離為10。圖3.1半空間平面問題示意圖圖3.2輸入脈沖Fig.3.1A