边坡地基-筏基-多层建筑相互作用体系地震响应分析

摘要

山区是我国最为常见的一种地形。近年来，在我国的部分城市中，市区的建筑用地所剩不多，加上受周边地形的限制，很多建筑物不得不考虑在周边的边坡地基上进行建设。在传统的受力分析与设计中，通常是将地基和上部结构分别单独分析，但这并不符合地基、基础和上部结构共同作用的实际规律，对计算精度也会带来一定的不利影响，因此，研究边坡的变化对基础以及上部结构的抗震影响是十分必要的。 本文在结合大量国内外关于土--结构相互作用的文献基础上，对相互作用的相关理论进行较为详细的阐述分析，同时还利用ABAQUS软件分别建立边坡地基模型、筏基模型和上部结构模型，并通过三者的相互作用和施加地震作用，研究了下述五个方面的内容： （1）总结众多国内外关于地基、基础和上部结构相互作用的研究成果及相关文献资料，并对其相互作用的研究现状进行简要的介绍，同时对地基、筏基以及上部结构的相关有限元理论进行了详细的论述。 （2）通过数值模拟软件ABAQUS建立关于边坡地基、筏板以及上部结构的共同作用模型，并对其边界确定、网格划分以及计算单元选择作了较为详细的论述，同时详述了边坡地基的有限元边界和无限元边界的耦合分析。 （3）研究了不同坡角条件下和不同坡高条件下的结构自振特性，并经过对比不同坡角和不同坡高的自振频率，得出坡角和坡高的变化对结构自振频率的影响较小，对相应的自振周期影响也较小。 （4）对不同坡角条件下的边坡地基进行初始地应力平衡，在此基础上，对边坡地基、筏板和上部结构相互作用整体模型施加地震作用，得出一些可供工程实践参考的有用结论。其中，主要研究了在taft地震波的作用下，随着边坡坡角的不断增大，上部结构的各楼层监测点加速度放大系数对应的变化情况。同时，随着边坡坡角的降低，分析上部结构各层层间位移变化情况，并同无边坡地基模型进行对比，通过以上分析对比，得出边坡坡角的变化对上部结构的加速度放大系数和层间位移的影响情况，并进一步得出加速度峰值随坡角变化的规律。 （5）对不同坡高条件下的边坡地基进行初始地应力平衡，在得到较好地应力平衡的基础上，对边坡地基、筏板和上部结构相互作用整体模型施加地震作用，进而得到一些规律，可为工程实践提供一定的参考。其中，主要研究了在taft地震波的作用下，上部结构的各楼层监测点加速度放大系数随着边坡坡高的不断增大的变化情况。同时，随着边坡坡高的降低，分析上部结构各层层间位移变化情况，并同无边坡地基模型进行对比，通过以上分析对比，得出边坡坡高的变化对上部结构的加速度放大系数和层间位移的影响情况，并进一步得出加速度峰值随坡高变化的规律。

目录

声明

第一章绪 论

1.1 研究背景

1.2 共同作用问题国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 相关研究方法

1.4 结构抗震的发展历程

1.5 论文研究目的及内容

第二章土-结构相互作用基本理论

2.1 土-结构相互作用概念

2.2 边坡地基分析

2.3筏板基础分析模型

2.3.1 基本假定

2.3.2 几何方程

2.3.3 物理方程

2.3.4 弯矩及扭矩

2.4 子结构法

2.4.1子结构基本概念

2.4.2 子结构的形成

2.4.3 子结构分析思路

2.5 动力方程的建立及分析方法

2.6 有限元和无限元耦合分析

2.7 本章小结

第三章 有限元模型建立及模态分析

3.1 结构体系模型

3.2 结构本构模型

3.3 单元选择

3.4 网格划分

3.5 地基土范围的确定

3.6 模态分析

3.6.1 模态分析基本概念

3.6.2 模态分析意义

3.6.3 模态分析算例

3.7 本章小结

第四章边坡坡角对结构动力特性影响分析

4.1地震波的确定

4.1.1地震波的相关分类

4.1.2地震波选取原则

4.1.3 地震动频谱特性及持时

4.1.4地震波的调整

4.1.5 本文选用地震波

4.2 初始地应力平衡

4.3 关键监测点的选取

4.4 不同坡角对上部结构特性的影响

4.4.1 不同坡角对结构加速度的影响

4.4.2 不同坡角对结构层间位移影响分析

4.5 本章小结

第五章边坡坡高对结构动力特性影响分析

5.1 坡高对结构楼层加速度的影响

5.2 坡高对层间相对位移的影响

5.3 坡高对筏基沉降的影响

5.4 本章小结

第六章结论与展望

6.1 主要工作和结论

6.2 研究和展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果

致谢