本发明专利技术公开了一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，以结构尺寸/埋深/土体参数以及结构底部至基岩厚度为变量，采用有限元计算方法，对结构不同部位地基弹簧系数进行求解，再结合数据拟合方法，提出了基于反应位移法精确地确定地下结构地基弹簧系数的方法。在由均质土体推广到分层土体时，给出结构各位置弹簧系数受周围土体的影响范围建议值。与传统地基弹簧系数公式法相比，本发明专利技术简单、便捷、高效，克服现有地基弹簧系数取值方法的不足，考虑了结构各位置地基弹簧系数之间的差异性，能够全面、真实的反应出地下结构地基弹簧系数的各种影响因素，明确了分层地基地下结构各位置弹簧系数受周围土体影响范围，从而大大提高了计算精度，可以在地下结构抗震分析中推广使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下结构抗震，尤其适用于基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法。
技术介绍
1、在对地下结构进行地震响应分析时，动力时程分析法被认为是最能够反映结构真实响应的有效方法。然而，其在常规地下工程抗震设计中的应用存在一定困难。主要原因是由于动力时程分析法的计算结果受多种因素影响，如地震波的差异、边界条件、阻尼选取等，且计算量较大。因此，实际地下工程抗震分析中常采用简化方法，其中反应位移法是一种物理概念明确、理论严密的方法，能一定程度上反映地下结构的地震反应特性。此方法操作简单、便捷，因此，在国内众多的设计规范中得到了广泛应用。
2、反应位移法基于荷载-结构模型，通过引入集中地基弹簧来模拟周围土层约束，故而计算过程中地基弹簧系数的取值非常关键，直接关系到计算结果的可靠性。为此，许多专家学者对地基弹簧系数的求解问题进行了深入研究。在实际工程中，采用反应位移法对地下结构进行抗震分析时，利用经验公式法获取地基弹簧系数显然比数值模拟和试验更为便捷。现有规范和学术研究虽然提出了一些地基弹簧系数推荐公式，但大多未考虑到结构不同部位的特殊性，特别是对于地下结构的地基弹簧系数取值影响因素缺乏充分考虑。同时，对于分层土体地基，传统的地基弹簧系数求解方法中，结构顶面和侧面弹簧系数考虑的是模型整体土层的影响，结构底面地基弹簧系数考虑的是底板以下土层的影响。而在实际工程中，如果上下层土体性质相差较大或者结构埋深较浅，采用传统求解方法则会有较大误差。以上这些问题导致了反应位移法的计算精度不高，从而限制了其在工程实践中的推广应用。</p>
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种基于反应位移法精确地确定地下结构地基弹簧系数的方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
3、本专利技术所述的基于反应位移法精确地确定地下结构地基弹簧系数的方法，包括如下步骤：
4、s1，确定反应位移法中地基弹簧系数的最优求解形式；
5、s2，按照最优地基弹簧系数求解形式，采用静力有限元求解法，以土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度作为变量，计算若干组地基弹簧系数；
6、s3，确定各变量与地基弹簧系数的关系函数；
7、s4，基于传统的地基弹簧系数计算公式，考虑s3步中各变量与地基弹簧系数的关系，构建新型地基弹簧系数计算公式；
8、s5，验证新型地基弹簧系数计算公式；
9、s6，将验证后的地基弹簧系数计算公式由均质土体推广到分层土体，确定各位置地基弹簧系数受土层影响范围的建议值。
10、进一步地，s1步具体包括：
11、s1.1，建立地下结构抗震有限元分析模型并进行网格划分；土体采用soild单元，结构采用梁单元；
12、s1.2，以实测地震波作为输入，采用动力时程法求解的地下结构动力响应；
13、s1.3，采用静力有限元求解法对地下结构地基弹簧系数进行求解，得到不同求解形式对应的地基弹簧系数；
14、s1.4，建立反应位移法计算模型，分别施加s1.3步中得到的地基弹簧系数和s1.2步中的实测地震波，得到不同地基弹簧系数求解形式对应的反应位移法求解的结构动力响应；
15、s1.5，以s1.2步得到的结构动力响应为参考解，确定误差最小的结构动力响应对应的地基弹簧系数求解形式为反应位移法中地基弹簧系数的最优求解形式。
16、进一步地，s3步具体包括，将s2步中若干组地基弹簧系数分别与对应的土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度进行数据拟合，得到土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度对地基弹簧系数的关系函数。
17、进一步地，s4步中新型地基弹簧系数计算公式为：，式中，wcs、wh、wb、wh和wm分别表示与土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度相关的影响系数。
18、进一步地，s5步具体包括，
19、s5.1，采用静力有限元求解法，以土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度作为变量，重新计算若干组地基弹簧系数；
20、s5.2，将同样的变量值代入新型地基弹簧系数计算公式，计算得到相应的地基弹簧系数；
21、s5.3，以静力有限元求解法计算结果为参考值，计算新型地基弹簧系数计算公式计算值的误差，判断新型地基弹簧系数计算公式的计算精度是否大于等于精度阈值。若低于精度阈值，则重新执行s2、s3和s5步，直到精度符合要求为止。
22、进一步地，s6步中确定各位置地基弹簧系数受土层影响范围的建议值中，分层土体顶面法向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~3.07h ；分层土体顶面切向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~3.25h；分层土体顶面切向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~2.44(h+h)；分层土体顶面切向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~2.91 (h+h)；分层土体底面法向弹簧系数求解中，土层影响范围为h~h+h+m；分层土体底面切向弹簧系数进行求解中，土层影响范围为h-0.5h~h+h+m；h为结构埋深、h为结构高度、m为底板至基岩厚度。
23、本专利技术的优点在于以结构尺寸/埋深/土体参数以及结构底部至基岩厚度为变量，采用有限元计算方法，对结构不同部位地基弹簧系数进行求解，再结合数据拟合方法，提出了基于反应位移法精确地确定地下结构地基弹簧系数的方法。在由均质土体推广到分层土体时，给出结构各位置弹簧系数受周围土体的影响范围建议值。与传统地基弹簧系数公式法相比，本专利技术简单、便捷、高效，克服现有地基弹簧系数取值方法的不足，考虑了结构各位置地基弹簧系数之间的差异性，能够全面、真实的反应出地下结构地基弹簧系数的各种影响因素，明确了分层地基地下结构各位置弹簧系数受周围土体影响范围，从而大大提高了计算精度，可以在地下结构抗震分析中推广使用。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：S1步具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：S3步具体包括，将S2步中若干组地基弹簧系数分别与对应的土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度进行数据拟合，得到土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度对地基弹簧系数的关系函数。
4.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：S4步中新型地基弹簧系数计算公式为：，式中，wcs、wH、wB、wh和wm分别表示与土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度相关的影响系数。
5.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：S5步具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：S6步中确定各位置地基弹簧系数受土层影响范围的建议值中，分层土体顶面法向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~3.07h ；分层土体顶面切向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~3.25h；分层土体顶面切向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~2.44(h+H)；分层土体顶面切向弹簧系数求解中，土层影响范围为0~2.91 (h+H)；分层土体底面法向弹簧系数求解中，土层影响范围为h~h+H+m；分层土体底面切向弹簧系数进行求解中，土层影响范围为h-0.5H~h+H+m；h为结构埋深、H为结构高度、m为底板至基岩厚度。
...
【技术特征摘要】
1.一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：s1步具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：s3步具体包括，将s2步中若干组地基弹簧系数分别与对应的土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度进行数据拟合，得到土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底板至基岩面土层厚度对地基弹簧系数的关系函数。
4.根据权利要求1所述的一种基于反应位移法确定地下结构地基弹簧系数的方法，其特征在于：s4步中新型地基弹簧系数计算公式为：，式中，wcs、wh、wb、wh和wm分别表示与土体剪切波速、结构高度、结构宽度、埋深以及结构底...
【专利技术属性】
技术研发人员：景来红，翟亚飞，宋志宇，李斌，白正雄，金俊超，刘光昆，徐卫卫，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。