地震作用下沉入式大圆筒结构防波堤动力响应分析

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沉入式大圆筒结构防波堤对软粘土地基具有很好的适应性,在港口工程中具有广泛的应用前景。目前对此结构的研究多集中于其稳定性等静力问题,而动力虽研究成果相对较少。本文主要就沉入式大圆筒结构防波堤在地震荷载下的动力响应展开研究。  地震作用的特点在于其持续的时间短,但破坏力极大。在地震荷载作用下,沉入式大圆筒结构会与土不断地发生接触、脱离、滑移等现象,结构与土体的相互作用机理复杂,且地震波能量会向无穷远处传播,造成在模拟中边界问题的处理成为棘手的难点之一。  本文首先建立了沉入式大圆筒结构的三维有限元模型,分别以库仑摩擦定律和罚函数法模拟结构与土体切向与法向接触,以有限元-无限元耦合进行地基土体建模以模拟边界辐射问题,取得了令人满意的结果。  以此模型分析了大圆筒结构在地震荷载作用下的响应;并进一步采用单一因素分析法,研究了大圆筒筒高、筒径与壁厚对其动力响应的影响,引入敏感性系数,量化了不同的响应指标对各因素变化的敏感程度。  根据本文的研究,水平单向地震作用下,大圆筒结构发生转动角度很小,以水平位移和竖向沉降为主,且水平位移受三个因素的影响从强到弱依次是筒身直径、筒体高度和筒壁厚度,而竖向位移受筒体高度和筒身直径的影响较强,对筒壁厚度变化的敏感性较弱。  本文研究成果可对实际工程中沉入式大圆筒结构的抗震设计研究提供参考。
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