[发明专利]用于大型振动台振动分析的土体有效参振质量确定方法

说明书

本发明提供了用于大型振动台振动分析的土体有效参振质量确定方法，包括：S101、建立大型振动台基础及周边土体的有限元实体模型，并定义材料属性、划分网格，设定约束和边界条件；S102、基于建立的有限元模型进行模态分析，提取前2阶振型的振动频率；S103、利用提取的振动频率设置简谐激励荷载，施加于基础表面，进行谐响应分析；S104、提取分析结果中的最大加速度a1和土体边界点的加速度a2，根据a1和a2的比值确定参振土体尺寸，进而确定土体有效参振质量。本发明通过边界点的振动响应与最大响应的比值，合理确定基础动力分析中土体的参振质量，简单可行，易于操作，具有工程推广应用价值。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，特别是涉及用于大型振动台振动分析的土体有效参振质量确定方法。

背景技术

常见的地震模拟振动台(中小型振动台)由于几何尺寸和工作荷载较小，在建立有限元实体模型时可以尽量建立较完整的周边约束的实体模型来保证计算精确度。而大型振动台基础几何尺寸偏大，且作动器激励荷载工作形式复杂，计算成本本身较高，若约束振动台基础的四周土体实体模型过大容易导致微机计算能力过载、计算时间长，大大增加了计算成本。为了优化大型振动台基础有限元分析的计算时间和准确度，必须对大型振动台基础四周土体的有效参振质量进行准确评估，对基础四周土体的实体模型几何尺寸进行合理优化，目前并未有行之有效的方法。

因此，需要新的技术方法，以至少部分解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为了克服现有技术之不足，针对大型地震模拟振动台基础有限元分析提出用于大型振动台振动分析的土体有效参振质量确定方法，该方法操作简单，便于实施，在保证为大型振动台基础提供合理充分的边界约束条件下，降低了建模的复杂程度和计算时间，为有限元分析节约了计算成本，具有较高的工程价值。

根据本发明的一方面，提供一种用于大型振动台振动分析的土体有效参振质量确定方法，具体包括：

S101、基于有限元分析，对大型振动台基础及周边土体进行实体建模，并定义各部分实体的材料属性、网格尺寸和单元类型，设定土体底部和周边边界条件；

S102、基于建立的有限元模型进行模态分析，提取前6阶振型的振动频率；

S103、利用提取的前6阶振型对应的振动频率f_i，设置简谐激励荷载其中a_i为权重因子，对应前六阶振型分别取为0.4、0.3、0.1、0.05、0.025、0.025，ω_i＝2*3.14*f_i，F₀取为振动台作动器出力的最大值；将上述简谐荷载施加于作动器对应的基础表面，进行谐响应分析；以及

S104、提取并对比分析结果中最大加速度a1和土体边界附近某点的加速度a2，如果a2/a1小于5％，则进行步骤S105，如果a2/a1不小于5％，则调整步骤S101中的土体尺寸，重复上述步骤S101-S104，直至a2/a1小于5％；以及

S105、根据S101中确定的土体尺寸，进而确定土体有效参振质量。

根据本发明的实施方案，其中所述土体实体模型初始尺寸不小于大型振动台基础几何尺寸的10倍。

根据本发明的实施方案，其中所述简谐激励荷载为振动加速度，其幅值为振动台满载状态下的最大加速度。

根据本发明的实施方案，其中根据参振土体几何尺寸及土体密度确定所述土体有效参振质量。

根据本发明的实施方案，其中土体边界采用底部铰接约束，周边采用粘弹性边界。

根据本发明的实施方案，其中所述大型振动台的台面尺寸不小于10m×10m。