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文檔簡介
1、大量的理論分析和研究表明,在地基土質(zhì)較軟的情況下,地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)動力相互作用對結(jié)構(gòu)物的動力特性具有十分重要的影響,其地震響應(yīng)將發(fā)生顯著的變化。廣大研究者和工程技術(shù)人員在實踐中已經(jīng)意識到將上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)考慮作為一相互作用的整體進行設(shè)計的必要性和優(yōu)越性,無論是對于靜力還是動力特性研究,樁-土-結(jié)構(gòu)作為一個整體計算出的結(jié)果不僅與通常的剛性地基假定所得有較大出入,而且不同土層土質(zhì)、樁屬性條件下的相互作用體系所表現(xiàn)的受力與變形特點也不盡相同
2、。本文工作將圍繞地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)共同作用這一課題作進一步探討,側(cè)重于水平地震作用下成層地基中的樁基-建筑物的動力相互作用特性研究,試圖通過理論分析和試驗研究,認識地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)動力相互作用機理,為實踐應(yīng)用提供指導(dǎo),亦為考慮成層地基-樁基-上部結(jié)構(gòu)動力相互作用的抗震設(shè)計提供一定的理論依據(jù)和設(shè)計建議。本文共分為七章,分別做了如下工作: 1、通過對大量相關(guān)文獻的概括總結(jié),評述了國內(nèi)外開展土-結(jié)構(gòu)動力相互作用研究的現(xiàn)狀與發(fā)展水
3、平,對地基-樁-上部結(jié)構(gòu)動力相互作用的方法進行了歸納總結(jié),分析了已有研究工作成果的局限性及優(yōu)缺點,提出了本文針對樁基上下部結(jié)構(gòu)體系所采用的理論和試驗研究途徑以及基本框架思路。 2、對模型試驗的場地土進行了動力特性對比試驗研究。通過動模量的室內(nèi)外試驗以及室內(nèi)對比試驗,比較了室內(nèi)外試驗確定的動模量的差異。同時研究室內(nèi)動三軸試驗和循環(huán)單剪試驗所確定的土動力參數(shù),并比較了它們的差異,分析了試驗結(jié)果差異的原因。并首次運用最新引進的循環(huán)單剪
4、系統(tǒng),對場地內(nèi)各層土分別進行循環(huán)單剪試驗,確定了場地各土層的動力特性指標(biāo)。 3、考慮土的動力非線性這一特征,計入土動模量隨動應(yīng)變增長而衰減的影響,首次提出了考慮土動模量衰減的粘性和粘彈性人工邊界,并研究了其相應(yīng)的邊界反射系數(shù)。這兩種新的人工邊界可有效消除波在人工邊界上的反射,且能有效模擬波由近場向遠場的傳播。算例表明這兩種邊界具有一定的穩(wěn)定性,可用于長持時間的土體波動問題。其中粘彈性人工邊界包括二維出平面切向、平面內(nèi)切向、平面內(nèi)
5、法向粘彈性人工邊界公式和三維切向、三維法向粘彈性人工邊界公式,并分別通過算例檢驗了它們的穩(wěn)定性和有效性。 4、研究了現(xiàn)有常用的接觸面模型的優(yōu)缺點,并對目前應(yīng)用較多的大型通用有限元軟件MSC.Marc軟件和ANSYS軟件中接觸模型的計算理論進行了評述。從而提出了一種新的二維和三維樁土動力接觸模型的本構(gòu)行為,并推導(dǎo)了其相應(yīng)的接觸單元的單元剛度矩陣。新模型考慮了動力作用中樁土分離、滑移以及基礎(chǔ)提離效應(yīng),并引入了阻尼成分考慮樁土動力接觸
6、中的能量損耗。 5、土-結(jié)構(gòu)動力相互作用問題的研究中,最大的困難是缺乏必要的實際數(shù)據(jù),因而使土-結(jié)構(gòu)動力相互作用的分析存在著許多不確定性,限制了其在實際工程設(shè)計中的應(yīng)用。因此本文的一大亮點就在于對此方面做了部分工作,對上部結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)的一個1:2的模型進行了頂層牽引激振和頂層機械激振的試驗研究,得到了大量有益的數(shù)據(jù),對認識地基-樁-上部結(jié)構(gòu)動力相互作用機理和驗證相互作用分析理論將起到重要作用。 6、以大比例模型試驗為基
7、礎(chǔ),運用通用有限元軟件MSC.MARC,建立了試驗?zāi)P徒Y(jié)構(gòu)的三維有限元模型,計算了體系的自振頻率,并按模型試驗工況進行了試驗的有限元數(shù)值模擬分析,同試驗結(jié)果進行了比較分析,驗證了所建立有限元模型的可靠性。并分別進行了采用不同頻譜特性地震動輸入下的地震反應(yīng)分析,總結(jié)了相互作用體系的一些規(guī)律。同時研究了場地土性不同、上部結(jié)構(gòu)剛度不同等因素對相互作用體系的影響,得到了一些有益的結(jié)論。 7、首次提出了基于土-結(jié)構(gòu)動力相互作用的隔震思路。
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