考虑设备-结构-地基土动力相互作用仿真计算方法

摘要

本发明涉及一种考虑设备‑结构‑地基土动力相互作用仿真计算方法，步骤如下：整体系统拆分成上部设备‑结构相互作用子结构与下部地基土子结构；将设备‑结构相互作用子结构与地基土子结构隔离，计算得到设备‑结构相互作用子结构作用在基础顶面的剪力V_b和弯矩M_b；建立隔离的地基土子结构在设备‑结构相互作用子结构反力作用下的动力运动方程；分别建立上部设备‑结构相互作用子结构和下部地基土子结构的仿真模型；上部设备‑结构相互作用子结构与下部地基土子结构之间进行交互计算，本发明能够准确的评估考虑设备‑结构‑地基土动力相互作用后对设备或结构抗震性能的影响。

主权项

一种考虑设备‑结构‑地基土动力相互作用仿真计算方法，步骤如下：(1)首先整体系统拆分成上部设备‑结构相互作用子结构与下部地基土子结构：A.在地面波作用下，上部结构受到的激励是地面波与基础加速度反应包括基础的水平加速度和转动加速度两部分，叠加如下式1所示，m_b、c_b、k_b分别表示上部设备‑结构相互作用子结构的质量、阻尼和刚度矩阵，表示设备‑结构相互作用子结构相对结构底部的加速度反应，R表示设备‑结构相互作用子结构刚体模态矩阵，由基点法求得；$\left[m_b\right]\left\{{\stackrel{··}{u}}_b\right\}+\left[c_b\right]\left\{{\stackrel{·}{u}}_b\right\}+\left[k_b\right]\left\{u_b\right\}=-\left[m_b\right]\left\{{\stackrel{··}{u}}_g\right\}-\left[m_b\right]\left[R\right]\left\{{\stackrel{··}{u}}_s\right\}$$\left\{{\stackrel{··}{u}}_s\right\}=\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{··}{u}}_{sh}\\ {\stackrel{··}{u}}_{s\theta }\end{array}\right\}---\left(1\right)$B.将设备‑结构相互作用子结构与地基土子结构隔离，计算得到设备‑结构相互作用子结构作用在基础顶面的剪力V_b和弯矩M_b，如下式2所示，表示设备‑结构相互作用子结构绝对加速度反应，m_bi表示设备‑结构相互作用子结构第i层质量，h_i表示第i层的高度，n表示总层数；$V_b=-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{m}_{bi}{\stackrel{··}{U}}_{bi},M_b=-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{m}_{bi}{\stackrel{··}{U}}_{bi}{h}_i---\left(2\right)$其中C.建立隔离的地基土子结构在设备‑结构相互作用子结构反力作用下的动力运动方程，如下式3所示，m_s、c_s、k_s、f_s分别表示地基土子结构的质量、阻尼、刚度和荷载矩阵；$\left[m_s\right]\left\{{\stackrel{··}{u}}_s\right\}+\left[c_s\right]\left\{{\stackrel{·}{u}}_s\right\}+\left[k_s\right]\left\{u_s\right\}=\left\{f_s\right\}$$\left\{f_s\right\}=\left\{\begin{array}{c}{V}_b\\ M_b\end{array}\right\}---\left(3\right)$(2)分别建立上部设备‑结构相互作用子结构和下部地基土子结构的仿真模型，(3)上部设备‑结构相互作用子结构与下部地基土子结构之间进行交互计算，步骤如下：a)设在第i步，地基土子结构的受到上部的设备‑结构相互作用子结构产生的剪力和弯矩均已知；b)采用直接积分法计算得到地基土子结构在i+Δt步的基础加速度反应；c)将对应的地面波与基础加速度反应叠加施加给上部的设备‑结构相互作用子结构；d)然后上部设备‑结构相互作用子结构采用直接积分法计算得到设备与结构地震响应，计算作用在基础顶面的剪力与弯矩，并传递给地基土子结构；完成每一步交互计算直到仿真结束为止。