1、在土木工程領(lǐng)域，土-結(jié)構(gòu)相互作用問題是結(jié)構(gòu)動力響應分析及相關(guān)設計的重要組成部分。在地震動激勵下，以大跨度橋梁和重大巖土工程為例，其下部結(jié)構(gòu)物的動力響應均對結(jié)構(gòu)體系的抗震性能有重要影響。由工程實際可知，結(jié)構(gòu)物的下部基礎通常為細長結(jié)構(gòu)物，且按基本特征可分為橫向細長結(jié)構(gòu)物（彈性地基梁）和縱向細長結(jié)構(gòu)物（樁）。從傳統(tǒng)的觀點看，已有研究普遍認為彈性地基對其支承結(jié)構(gòu)物有較強的約束作用，并將顯著抑制土-結(jié)構(gòu)相互作用的動力響應。因此，對于土-細長結(jié)構(gòu)物

2、相互作用的已有研究則多關(guān)注其線性特性，并弱化了土-結(jié)構(gòu)相互作用特性對于結(jié)構(gòu)物動力響應的影響效應。顯然，將非線性動力學理論運用到土-細長結(jié)構(gòu)物相互作用動力響應建模及分析的研究仍十分少見。
　　 為精確揭示土-細長結(jié)構(gòu)物相互作用的動力響應，需要將土-結(jié)構(gòu)相互作用效應在結(jié)構(gòu)動力響應中的貢獻引入到系統(tǒng)的建模分析中。通過系統(tǒng)研究可知，若考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用引起的二次彎矩效應，則土-細長結(jié)構(gòu)物相互作用精細化模型的非線性動力學方程中將含有多種

3、非線性項:平方非線性、立方非線性和參數(shù)激勵項。因此，從非線性動力學角度看，此時土-細長結(jié)構(gòu)物相互作用的動力響應中可能存在非常豐富的非線性動力學現(xiàn)象。為全面揭示土-細長結(jié)構(gòu)物相互作用的非線性動力學特性，本論文考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用影響效應及細長結(jié)構(gòu)物的幾何非線性，建立了彈性地基梁和樁的精細化動力學模型。進而，結(jié)合非線性動力學理論，運用多尺度方法對土-細長結(jié)構(gòu)物的非線性動力響應進行系統(tǒng)研究。同時，基于理論計算結(jié)果，分析了彈性地基參數(shù)、地基模型

4、、邊界約束等對土-細長結(jié)構(gòu)物相互作用非線性動力響應的影響。最終，為促進研究成果的應用，與理論試驗設計和統(tǒng)計分析相結(jié)合，針對土-細長結(jié)構(gòu)物相互作用的非線性動力響應提出了動力參數(shù)篩選及設計方法。本論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點為以下幾個方面:
　　 1.鑒于土-結(jié)構(gòu)相互作用問題的重要性，本文首次將土-結(jié)構(gòu)相互作用引起的二次彎矩效應引入到非線性動力學研究中?；诒疚难芯靠芍?結(jié)構(gòu)相互作用引起的非線性特性可歸為一類新的非線性現(xiàn)象。新非線性特

5、性的發(fā)現(xiàn)拓展了非線性動力學的理論研究，有重要的理論意義。
　　 2.為研究彈性地基模型對其支承結(jié)構(gòu)物動力響應特性的影響，本文在推導出三參數(shù)(Kerr模型)地基反力的顯式近似表達式的基礎上，給出了四種常見模型(Winkler、Vlasov、Pasternak、Kerr)地基反力的統(tǒng)一表達式。進而，提出了彈性地基模型對結(jié)構(gòu)物動力響應影響效應的對比評價方法。
　　 3.將土-結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生的二次彎矩效應引入到土-細長結(jié)構(gòu)物的

6、動力學建模中，分別利用Newton法和Hamilton原理建立了彈性地基梁的非線性動力學模型。進而，研究了土-結(jié)構(gòu)相互作用效應對于彈性地基梁非線性動力響應特性的影響。并且，通過彈性地基梁非線性內(nèi)共振響應研究發(fā)現(xiàn)，二次彎矩效應導致了連續(xù)系統(tǒng)保守特性的破壞。
　　 4.基于本文所建模型，對彈性地基梁的自由振動進行了分析，發(fā)現(xiàn)其面內(nèi)運動固有頻率譜中存在截止頻率。進而，對比研究了系統(tǒng)在截止頻率前后的模態(tài)構(gòu)型及線性和非線性動力響應特性。顯

7、然，本文提出的精細化模型可更全面地揭示不同場地支承時細長結(jié)構(gòu)物的動力學特性。
　　 5.將二次彎矩效應影響引入到縱向細長結(jié)構(gòu)物的動力響應研究中，運用Hamilton原理建立了水平/軸向受荷樁的非線性動力學分析模型。進而，與非線性動力學理論相結(jié)合，研究了樁的多階屈曲現(xiàn)象及屈曲頻率問題。為拓展研究并結(jié)合工程實踐需求，在群樁基礎的非線性動力響應研究中考慮群樁效應影響，并對比研究了群樁效應對系統(tǒng)動力響應中土-結(jié)構(gòu)相互作用效應的影響。