基于土体软支撑模型的桩-土-结构动力数值分析

摘要

目前实际工程抗震设计大多采用刚性基础假定，在此基础上根据经验或规范建议对结构反应进行有利的折减，但研究表明，考虑桩土柔性参与，结构周期延长并不总伴随着较小的结构动力反应，片面地强调 SSI有利面会使结构计算出现较大误差而无法满足工程需要。开展桩（基础）-土-结构物相互作用体系动力数值研究，辅以振动台试验为模拟对象，从定性和量化两方面分析相互作用体系的动力响应，并有效应用于实际工程的设计和评估中具有相当的理论和工程实践意义。
　　本文介绍了国内外桩-土-结构相互作用分析的研究历史和现状，综述了相互作用的主要研究方法以及需要解决的问题；概括介绍了常用的桩-土-结构体系简化分析模型和完全有限元模型，给出了本文采用的考虑群桩-土动力非线性相互作用的整体 PGSS体系模型，并对模型中使用的ANSYS相关单元进行了简单介绍。
　　重点介绍了基于层状土中群桩效应的土体软支撑模型，对桩（筏）-土间、桩周近域土、远域土的弹簧刚度系数和阻尼系数进行了计算推导，在此基础上，以一平面桩-土（软支撑）-框架结构相互作用体系模型为例，进行了地震动作用下的时程分析，对比固基、线性、非线性三种分析方法结果，且与现有的试验成果有良好的一致性。
　　建立了三维纯框架和带支撑框架桩土（软支撑）-结构相互作用模型，针对不同桩土条件和不同地震作用分别进行了非线性数值分析，结果表明：在某些地震动和土-基础条件下，上部结构非线性动力反应结果可能大于固基假定情形，且桩-土软支撑模型对上部结构柔弱层位置产生影响。指出在结构抗震设计中考虑桩-土-结构动力非线性分析十分必要。
　　基于已有的振动台试验模型参数，建立了相应的纯框架-桩土结构及带支撑框架-桩土结构模型，分别进行了动力非线性时程分析对比，并进一步的研究了下部桩基础尺寸和土层属性变化对带支撑框架-桩土相互作用体系动力反应的影响。桩基的特殊性会弱化或加强土-结构共同作用体系的一般性特点，不同的结构体系甚至会表现出新的特征。
　　以简化非线性弹-阻单元的形式等代桩-土实体单元接触面，建立基于土体软支撑的桩-土-结构动力相互作用的简化数值分析方法，可以快速、较准确有效地进行复杂的上下部结构动力时程分析及抗震评估。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2桩-土-结构相互作用发展及研究现状

1.3桩-土-结构相互作用研究方法

1.4桩-土-结构相互作用存在问题

1.5本文研究的主要内容

第2章 桩-土-结构动力相互作用模型

2.1 简化模型

2.2 完全有限元模型

2.3 本文采用的模型

2.4 桩-土-结构相互作用模型ANSYS中的模拟

2.5 本章小结

第3章 桩-土(软支撑)-结构非线性动力相互作用分析

3.1 层状地基中的群桩惯性相互作用动力分析

3.2 群桩-土软支撑模型参数

3.3 上、下部结构动力共同作用

3.4 基于软支撑PGSS平面框架模型算例

3.5 本章小结

第4章 基于软支撑模型三维桩-土-结构动力数值分析

4.1 三维体系基本模型建立

4.2 模态分析结果对比

4.3 接触非线性状态影响

4.4 上部结构地震反应数值分析

4.5 本章小结

第5章 基于群桩-土-高层结构振动台模型的数值分析模拟

5.1 试验模型

5.2 分析模型

5.3 两种模型时程分析结果对比

5.4 桩基尺寸变化对结构反应影响

5.5 土层属性变化对结构反应影响

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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