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毕业论文课题相关文献综述
国内外研究现状、发展动态
1.1土与结构动力相互作用发展历程
在地震、列车、船撞等多重荷载作用下，桥梁-地基是一个受力的整体，变形和运动相互制约无论是土体还是结构的性质，都将影响着土体和结构系统的动力特性，该问题属于土-结构动力相互作用的范畴。土-结构动力相互作用的实质是研究土体即地基对结构动力反应的影响。但在传统的结构设计和研究中，通常对上部结构采用刚性基底假设，把其当作一个封闭系统进行考虑，从而割断了土体和结构间的相互作用。现有研究成果表明:对于大型结构物，当地基刚度和上部结构物相差较大时，地基和结构动力相互作用有时会使结构的内力和位移增大，从而使结构动力荷载作用下破坏的几率增大。
从上世纪初，桩-土动力相互作用问题的研究就已经有了发展，大致经历了三个阶段：解析简化阶段、数值方法阶段和混合应用阶段。
解析简化阶段：1904年，Lamb[1]对弹性地基振动问题作出了解析。Sung[2]基于此理论假定半空间表面上圆形刚性基础交界面内有三种反力分布:刚性基础的压力分布、均匀分布、抛物线分布，给出了不同泊松比下的解，并得出了半空间基础上条形基础的柔度函数。Richart[3](1965)通过计算对比后认为这一方法具有相当的精度。但以上理论的地基弹性常数和阻尼系数都是频率相关的，且模型相对简单，不能很好地反映结构和地基之间在振动时的能量传递机制。对于复杂的土-结构体系，要确定这些函数及其在频域中的变化是非常困难的，因此在处理实际问题时具有很大的局限性。
1966年，Lysmer和Richart[4]提出了一个由不随频率变化的质量-弹簧-阻尼器组成的集总参数模型，这一研究推动了弹性半空间理论实用解的发展。Paramelee(1967)[5]在此基础上将地基理想化为半无限空间，上部结构理想化为带刚性底板的单自由度刚架，其刚性底板搁置在地基表面。这一力学模型初步揭示了动力相互作用现象的一些基本规律，标志着结构一地基动力相互作用研究即将进入深化阶段。Chopra和Perumalswami[6]后来提出了子结构法，使数值计算能够在动力体系中得以有效应用。子结构法关键就是确定基础的振动阻抗，从而得出基础振动位移与外力的关系。阻抗是与频率、阻尼有关的刚度函数，在运用子结构法分析SSI时，基础的振动阻抗是必不可少的研究内容。
数值方法阶段：随着计算机技术的应用和发展，许多数值计算也得到了很大的发展。1971年，Luco和Westman[7]等人得到了复合边界条件解，前者是用柔度来表示力和位移的关系，后者则用刚度和阻尼系数，即动力阻抗来表示力和位移的关系。随后，研究者采用不同的吸收边界，利用有限元法计算各种埋置基础的阻抗函数。有限元法理论比较成熟，应用也比较灵活，但是在模拟无限地基时也遇到了困难。例如地震过程中能量要不断地向远场散逸，为了反映这个无限域特性，不得不在相当大的范围内对地基进行离散化，由于在截断边界上引起波的反射，仍然会给近域反应带来一定的误差。因此各种人工边界在这一阶段相继被提出。SSI问题涉及到半空间无限域问题，这就导致边界元(BEM)的出现。因为边界元方法所采用的格林函数能够自动满足远场辐射条件，因此也逐渐应用到了结构-地基相互作用问题中。Dominguez(1978)[8]最先用边界元法在频域中研究了半空间表面刚性基础的动力反应，得到了明置或埋置于粘弹性半空间中的矩形基础的阻抗函数。
混合应用阶段：各种数值计算方法开始交叉应用，形成更精确更实用的新方法，并逐渐向三维过渡，而非线性分析也逐渐发展起来。1985年，Abascal和Dominguez[9]利用有限元法和边界元法耦合方法(FEM-BEM)求得了柔性基础的动力反应，并在1986[10]年求得基础置于分层非均匀土体上的阻抗函数。Gucunski和Peek(1993)[11]利用格林函数形成分层地基的刚度矩阵，利用有限差分能量成板的刚度矩阵，求得了圆形基础的动力反应。2004年，Genes和Koeak[12]利用有限元法、边界元法和比例边界有限元法三种方法的耦合求解结构的动力响应。在各种耦合方法产生的同时，一些新的半解析半数值方法也在产生。1997年Han[13]提出非线性土中桩的动力反应。Bernal和Youseff(1988)[14]提出了非线性土中结构共同作用的时域频域混合法。
1.2土与结构动力相互作用研究方法
土-结构动力相互作用问题的研究方法，按求解方法的不同大致上可分为简化分析法、数值模拟法等。
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