高层建筑考虑桩-土-结构相互作用的近场地震响应分析

摘要

地震是最常见的自然灾害之一，严重危害着人们的生命财产安全，传统的抗震设计都是基于刚性地基的假设，然而在实际中，由于上部结构的反馈作用，地基会发生变形，致使上部结构的动力特性改变，所以对高层建筑，特别是桩基础的高层建筑，抗震设计时应该考虑桩-土-结构动力相互作用的影响。相对于常规地震，近场地震的作用效应特殊，破坏力极大，目前虽然对其的研究稍有成就，但是对于高层建筑考虑桩-土-结构相互作用的近场地震响应的研究却比较缺乏。本文结合工程实例，运用ANSYS分析软件，研究近场地震作用下，结构在考虑桩-土-结构动力相互作用时的动力特性及其地震响应。本文所做的研究工作主要有以下几个方面：
　　 1、介绍桩-土作用的本构模型及分析模型，并在此基础上建立桩-土非线性有限元结构模型，考虑桩与土的接触问题，对结构进行非线性静力分析。土体采用基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性本构模型。
　　 2、建立非线性有限元桩-土模型和土弹簧桩-土模型桩，分析两种桩-土模型在桩顶施加竖向荷载和横向荷载时的工作性能，并比较二者的差别。
　　 3、用ANSYS建立了非线性有限元实体桩和土弹簧桩的房屋结构模型，对模型进行动力特性分析，将分析得到的模态结果与不考虑桩-土-结构相互作用的模态结果进行比较，然后对三种结构模型进行近场和远场地震作用下的时程分析，比较各模型的地震响应，研究在近场地震作用下考虑桩-土-结构动力相互作用对房屋结构抗震设计的影响。对于本文研究的结构模型，按传统的刚性地基假定计算出来的地震作用进行抗震设计较为保守。