1、近來年，對(duì)土—結(jié)構(gòu)相互作用問題的研究廣度和深度逐漸擴(kuò)大，各類復(fù)雜模型越來越龐大且精細(xì)化，導(dǎo)致在有限元分析中單元節(jié)點(diǎn)的自由度數(shù)可謂以十萬百萬計(jì)，需高配置的計(jì)算設(shè)備和長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算時(shí)間才可完成分析，當(dāng)需多個(gè)不同工況的比較時(shí)則更成倍地增加工作量，亟待一種可行的既滿足計(jì)算精度又節(jié)省計(jì)算成本的分析計(jì)算方法。動(dòng)力子結(jié)構(gòu)法是將土—結(jié)構(gòu)相互作用體系分成若干子系統(tǒng)，先分別求出各子系統(tǒng)的單體反應(yīng)，然后再聯(lián)系各單體的反應(yīng)，使其滿足相互作用的條件，從而得到整個(gè)體

2、系的反應(yīng)，大大減少計(jì)算量，是一種理想的計(jì)算方法，但該方法僅能解決線性問題。
　　本文根據(jù)課題組新近提出的能解決局部非線性問題的線性—非線性混合約束模態(tài)綜合法的思想，在該方法的具體實(shí)施方面進(jìn)行了研究，充分利用現(xiàn)有商業(yè)軟件的優(yōu)勢(shì)，將該方法的實(shí)施與ANSYS軟件相結(jié)合，對(duì)實(shí)施過程中諸如結(jié)構(gòu)受力全過程中剛度矩陣的提取方法；彈塑性模型中等效彈性模量的計(jì)算；一致粘彈性邊界問題；以及非線性的接觸問題等進(jìn)行了深入的分析與研究，使混合約束模態(tài)綜合法

3、能解決復(fù)雜狀況下的土—結(jié)構(gòu)相互作用體系，開辟了動(dòng)力子結(jié)構(gòu)法的研究領(lǐng)域。
　　本文主要的創(chuàng)新工作與成果有：
　　1.混合約束模態(tài)綜合法在ANSYS的實(shí)施，首先要解決剛度矩陣提取中的對(duì)號(hào)入座問題，為此在深入分析ANSYS二次開發(fā)四種方法的基礎(chǔ)上，決定采取FORTRAN語言的二次開發(fā)工具UPFs進(jìn)行矩陣提取的開發(fā)工作，自編程序?qū)崿F(xiàn)了按照節(jié)點(diǎn)編號(hào)由小到大的順序進(jìn)行矩陣的提取。
　　2.非線性子結(jié)構(gòu)在塑性階段中的剛度矩陣的提取工

4、作是本文的重點(diǎn)難點(diǎn)之一。為了在非線性時(shí)程分析中生成某一時(shí)刻的彈塑性剛度矩陣，提出了將非線性塑性區(qū)域“等效”為線彈性區(qū)域，即在塑性階段上的小段Δt時(shí)間內(nèi)利用分段等效線性化手段，對(duì)結(jié)構(gòu)各個(gè)進(jìn)入塑性階段的單元進(jìn)行等效處理，并推導(dǎo)了等效彈性模量的公式，完成了對(duì)塑性單元的彈性模量和剪切模量等效工作；利用了ANSYS多點(diǎn)重啟動(dòng)的方法，恢復(fù)結(jié)構(gòu)上一時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果后能繼續(xù)進(jìn)行下一時(shí)刻分析；提出了ANSYS與MATLAB程序間的相互調(diào)用和控制的操作方法，

5、從而解決了非線性子結(jié)構(gòu)在塑性階段中的剛度矩陣的有序進(jìn)行。通過算例模型進(jìn)行一般性分析，包括Pushover靜力非線性分析和簡(jiǎn)諧波動(dòng)力時(shí)程非線性分析求得響應(yīng)時(shí)程曲線，與ANSYS直接計(jì)算法所得到的響應(yīng)時(shí)程曲線比對(duì)吻合良好，驗(yàn)證了在彈塑性階段二次開發(fā)的程序文件所提取的矩陣的正確可行。
　　3.建立了考慮局部非線性的地基土—剪力墻結(jié)構(gòu)相互作用的模型，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)存在局部塑性區(qū)域的特點(diǎn)，將整體體系中未進(jìn)入非線性階段的區(qū)域劃分為若干個(gè)線性子結(jié)

6、構(gòu)，而將進(jìn)入塑性階段的局部區(qū)域獨(dú)立劃分為若干個(gè)非線性子結(jié)構(gòu)。提出了混合約束模態(tài)綜合法的詳細(xì)分析流程并編寫了開發(fā)程序，著重說明了在ANSYS和MATLAB二者程序之間的實(shí)現(xiàn)過程。
　　4.在土—結(jié)構(gòu)相互作用分析模型中，在地基土邊界引入一致粘彈性邊界條件來模擬半無限域的土體，推導(dǎo)了帶有一致粘彈性邊界的子結(jié)構(gòu)方程，論證了勢(shì)能判據(jù)截?cái)鄿?zhǔn)則同樣適用于帶有一致粘彈性邊界的線性子結(jié)構(gòu)，證明了采用混合約束模態(tài)綜合法同樣能處理復(fù)雜的邊界問題。

7、>　　5.通過選擇合理的目標(biāo)面單元和接觸面單元、迭代計(jì)算接觸剛度和設(shè)置摩擦系數(shù)，將高度非線性的接觸問題引入混合約束模態(tài)綜合法中。提出了箱型基礎(chǔ)與周圍土體接觸關(guān)系的處理方法，將接觸單元一分為二，目標(biāo)面單元?jiǎng)澣雱偠认鄬?duì)較高的箱型基礎(chǔ)的線性子結(jié)構(gòu)內(nèi)，接觸面單元?jiǎng)澣雱偠认鄬?duì)較低的周圍土體的非線性子結(jié)構(gòu)內(nèi)，推導(dǎo)出了箱型基礎(chǔ)與周圍土體具有接觸關(guān)系的線性與非線性模態(tài)綜合方程，拓寬了混合約束模態(tài)綜合法的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　6.通過算例計(jì)算對(duì)線性和非線

8、性土體區(qū)域給出了推薦范圍，當(dāng)設(shè)置一致粘彈性邊界時(shí)，非線性子結(jié)構(gòu)的區(qū)域?yàn)?倍的基礎(chǔ)寬度，兩側(cè)線性子結(jié)構(gòu)區(qū)域各為1.5倍的基礎(chǔ)寬度，使得模型總體自由度數(shù)比使用一般自由邊界子結(jié)構(gòu)土體單元自由度數(shù)減少很多，從而提高了計(jì)算效率。
　　7.進(jìn)行了混合約束模態(tài)綜合法擴(kuò)展到三維土—結(jié)構(gòu)相互作用分析，重點(diǎn)研究了與二維問題的不同之處，重新推導(dǎo)了適合于三維問題的一致粘彈性邊界條件的子結(jié)構(gòu)方程；重新推導(dǎo)了箱型基礎(chǔ)與周圍土體具有接觸關(guān)系的線性與非線性模態(tài)綜