一种三维抗震试验模型建立方法与流程

本发明涉及抗震试验模拟技术领域，特别涉及一种三维抗震试验模型建立方法。

背景技术：

地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。

当前的科技水平尚无法预测地震的到来，未来相当长的一段时间内，地震也是无法预测的。所谓成功预测地震的例子，基本都是巧合。对于地震，我们更应该做的是提高建筑抗震等级、做好防御，而不是预测地震。

地震导致的桩基础周围砂土液化从而导致的砂土变形与扩展对桥梁桩基造成的破坏最为严重，是桥梁桩基震害最普遍的表现形式。因此，建立一个有效的抗震试验模型来对地震进行模拟，模拟地震对建筑的破坏程度，有利于我们对现有的建筑结构进行改进，提高建筑的抗震性能。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种三维抗震试验模型建立方法。其采用如下技术方案：

一种三维抗震试验模型建立方法，基于openseespl有限元分析软件，其包括以下步骤：

s1、建立三维箱体模型；

s2、在所述三维箱体模型内建立土体单元模型；

s3、在所述三维箱体模型内建立桩身单元模型；

s4、在所述土体单元模型与桩身单元模型之间建立相互作用单元；

s5、建立所述三维箱体模型的边界条件；

s6、在所述三维箱体模型底部加载地震波载荷，得到数值模拟结果；

s7、从土体孔压变化趋势、土层不同深度处加速度变化、桩身弯矩时程变化角度对所述三维抗震试验模型的可靠性进行验证。

作为本发明的进一步改进，所述地震波采用santacruz地震波，其峰值加速度为0.49g，持续时间为20s。

作为本发明的进一步改进，所述土体单元模型有四个节点单元，每个所述节点单元有三个自由度，即自由度1到自由度3。

作为本发明的进一步改进，基于砂土动力多屈服面弹塑性本构模型，通过砂土液化动三轴试验对所述土体单元模型进行参数标定。

作为本发明的进一步改进，所述土层不同深度处加速度变化包括：不同深度处加速度峰值出现时刻、峰值大小、波动规律、波动幅值大小。

本发明的有益效果：

本发明基于openseespl有限元分析软件，在openseespl有限元分析软件中建立三维抗震试验模型，可以很好地模拟试验中砂土与桩基的滑移、摩擦、相互位移等试验现象，可以模拟地震对建筑不同部位的破坏程度，有利于我们对现有的建筑结构进行改进，提高建筑的抗震性能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例中三维抗震试验模型建立方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例中三维抗震试验模型建立方法，其基于openseespl有限元分析软件，其包括以下步骤：

s1、建立三维箱体模型；

s2、在所述三维箱体模型内建立土体单元模型；

其中，基于砂土动力多屈服面弹塑性本构模型，通过砂土液化动三轴试验对土体单元模型进行参数标定。

在本实施例中，土体单元模型有四个节点单元，每个节点单元有三个自由度，即自由度1到自由度3。

s3、在所述三维箱体模型内建立桩身单元模型；

s4、在所述土体单元模型与桩身单元模型之间建立相互作用单元；

s5、建立所述三维箱体模型的边界条件；

s6、在所述三维箱体模型底部加载地震波载荷，得到数值模拟结果；

在本实施例中，地震波采用santacruz地震波，其峰值加速度为0.49g，持续时间为20s。

s7、从土体孔压变化趋势、土层不同深度处加速度变化、桩身弯矩时程变化角度对所述三维抗震试验模型的可靠性进行验证。

其中，土层不同深度处加速度变化包括：不同深度处加速度峰值出现时刻、峰值大小、波动规律、波动幅值大小。

在本实施例中，运算方案基于时域分析，为求解三维抗震试验模型中水、土矩阵方程，积分原则采用β-newmark分步积分原则，其中积分参数β取值为0.3，γ取值为0.6。采用newton迭代准则，采用位移增量作为收敛原则。rayleigh阻尼α取0，rayleigh阻尼β取0.002。

本发明基于openseespl有限元分析软件，在openseespl有限元分析软件中建立三维抗震试验模型，可以很好地模拟试验中砂土与桩基的滑移、摩擦、相互位移等试验现象，可以模拟地震对建筑不同部位的破坏程度，有利于我们对现有的建筑结构进行改进，提高建筑的抗震性能。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种三维抗震试验模型建立方法，基于OpenSeesPL有限元分析软件，其包括以下步骤：S1、建立三维箱体模型；S2、在三维箱体模型内建立土体单元模型；S3、在三维箱体模型内建立桩身单元模型；S4、在土体单元模型与桩身单元模型之间建立相互作用单元；S5、建立三维箱体模型的边界条件；S6、在三维箱体模型底部加载地震波载荷，得到数值模拟结果；S7、从土体孔压变化趋势、土层不同深度处加速度变化、桩身弯矩时程变化角度对三维抗震试验模型的可靠性进行验证。本发明可以很好地模拟试验中砂土与桩基的滑移、摩擦、相互位移等试验现象，可以模拟地震对建筑不同部位的破坏程度，有利于我们对现有的建筑结构进行改进，提高建筑的抗震性能。

技术研发人员：卜亚松
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2019.03.07
技术公布日：2019.05.03