地基—群樁—高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力相互作用分析.pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái),建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的地震反應(yīng)分析多采用剛性地基假定,計(jì)算模型僅考慮上部結(jié)構(gòu),地震動(dòng)輸入采用自由場(chǎng)的地表地震動(dòng).當(dāng)基礎(chǔ)剛度很大而上部結(jié)構(gòu)剛度很小時(shí),這種假定在工程精度范圍內(nèi)是合理的,但當(dāng)建筑物剛度與基礎(chǔ)剛度較為接近或相差不大時(shí),這種假定對(duì)上部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)將產(chǎn)生較大的誤差.超高層建筑結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、體量龐大、重量巨大,若建造于軟土或深厚土層地基之上,再沿用剛性地基假定,不考慮上下部的相互作用影響則不甚合理,會(huì)和實(shí)際情況有較大的出入.上

2、部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基是一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體,三者相互聯(lián)系、相互影響.近些年來(lái),隨著核電站、超高層建筑物、200m～300m高的水電站大壩、海洋平臺(tái)等重大工程的設(shè)計(jì)和建設(shè),上下部的動(dòng)力相互作用問(wèn)題已成為許多重大工程中一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題. 本文對(duì)土一結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的研究背景、分析方法、歷史現(xiàn)狀及存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納和總結(jié).以實(shí)際工程項(xiàng)目一陜西省信息大廈為研究背景,建立了剛性地基和考慮相互作用兩種情況下的有限元精細(xì)模型,并根據(jù)

3、筒體結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),推導(dǎo)建立了與筒體結(jié)構(gòu)等效的宏觀簡(jiǎn)化模型.同時(shí),基于ANSYS分別對(duì)信息大廈的精細(xì)模型和宏觀簡(jiǎn)化模型在剛性基礎(chǔ)和相互作用體系下進(jìn)行了模態(tài)分析和時(shí)程分析,通過(guò)比較上部結(jié)構(gòu)在內(nèi)力、位移等地震反應(yīng)上的差異,探討了考慮相互作用后的影響.本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下: (1)選擇了適合本文進(jìn)行土一結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用研究的材料本構(gòu)關(guān)系.上部結(jié)構(gòu)采用線彈性本構(gòu)模型,下部群樁基礎(chǔ)引用了樁土等效復(fù)合體模型,分析了將樁土等效復(fù)合體視為橫觀

4、各向同性體的本構(gòu)關(guān)系,確定了相應(yīng)的彈性常數(shù). (2)針對(duì)土一結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用研究中地基輻射阻尼的存在,在對(duì)無(wú)限地基進(jìn)行有限域模擬時(shí),引入人工邊界.基于ANSYS對(duì)APDL語(yǔ)言二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了三維粘彈性人工邊界在有限元程序中的應(yīng)用. (3)提出并建立了簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)的宏觀簡(jiǎn)化模型.將信息大廈簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)整體上視為嵌固于基礎(chǔ)上的豎向懸臂梁,按變剛度的Timoshenko梁處理.利用自編的有限元法專用程序,對(duì)筒體結(jié)構(gòu)的3個(gè)綜合參數(shù)進(jìn)行了

5、識(shí)別研究.通過(guò)識(shí)別的參數(shù)建立了與信息大廈筒體結(jié)構(gòu)在質(zhì)量和剛度上等效的懸臂梁宏觀簡(jiǎn)化模型. (4)針對(duì)信息大廈有限元的精細(xì)模型和宏觀簡(jiǎn)化模型,在剛性地基和考慮相互作用兩種情況下進(jìn)行模態(tài)分析.通過(guò)對(duì)比兩個(gè)水平主軸方向X、Y的前三階頻率和相應(yīng)振型圖,從兩者較好的吻合性上驗(yàn)證了宏觀簡(jiǎn)化模型建立的合理性.同時(shí),探討了考慮相互作用后結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化,即自振周期延長(zhǎng),振型發(fā)生改變. (5)針對(duì)信息大廈有限元的精細(xì)模型和宏觀簡(jiǎn)化模型,

6、通過(guò)剛性地基假定下的時(shí)程分析,比較兩者在位移、時(shí)程等方面的地震反應(yīng),說(shuō)明兩者具有一定的吻合性,證明利用本文所建立的宏觀簡(jiǎn)化模型是可行的. (6)對(duì)信息大廈的土層進(jìn)行自由場(chǎng)的地震反應(yīng)分析,輸入不同類型且不同加速度峰值的地震波,通過(guò)加速度時(shí)程及傅立葉譜圖的比較,體現(xiàn)了土層對(duì)地震波的濾波和放大作用. (7)針對(duì)信息大廈有限元的宏觀簡(jiǎn)化模型,選擇經(jīng)由自由場(chǎng)反演有限元模型邊界"基底"處的地震動(dòng)參數(shù)作為輸入,進(jìn)行其在考慮相互作用情況