层状场域内上、下部结构动力相互作用分析及其优化设计

摘要

该论文工作将围绕地基-基础-上部结构共同作用这一课题作进一步探讨,侧重于水平地震作用下层状地基土中的桩基-建筑物的动力相互作用的研究,为实践应用提供了适合于工程目的的、比较简捷的实用计算方法,亦拟为没有明确规范指导的桩(土)基础-结构抗震设计提供一定的理论依据和设计建议.该文共分为六章:1.通过对大量相关文献的概述总结,分析了国内外开展土-结构物共同作用研究的现状及其发展水平,评述了已有研究工作成果的局限性及优缺点;提出了该文针对桩基上下部结构体系所采用的理论分析途径和基本框架思路.2.建立了以适应工程需要的基于二维平面动力分析的简化整体有限元模型;提出了能有效考虑桩尺寸效应的桩-土无单元划分技术,在考虑了模型的边界效应、桩基的水平动力特性和桩土界面的滑移、接触非线性行为的基础上,从时域内较为全面的研究了层状土域中桩基上下部结构的惯性相互作用和运动相互作用两种基本效应.3.建立了时域内的桩-分层土-框架结构的三维全域内的动力非线性分析模型,对不同工况地震作用下(诸如不同地震波输入、土的弹性与弹塑性以及桩土接触等条件)的地基土-桩基-上部结构共同作用进行了较全面的场动模拟.4.针对在处理多桩数以及不同型式群桩时,数值解析方法存在的复杂性、适用性等问题,该文以动力文克尔梁模型为基本理论,利用基于Haskell-Thomson理论的传递矩阵法,给出了分层地基中单桩在轴、横多向受力条件下的力与位移动力相互关系的显示表达.5.利用层状介质中桩-桩动力相互作用因子分析,获得了任意构型、桩数、土层属性下的群桩系统阻抗反应;基于共同作用理论,该文导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程式.6.给出了一系列有关上、下部结构共同作用的对比算例和工程实例数值分析.

目录

文摘

英文文摘

第一章基础(土)-结构物共同作用概述

1.1土-结构相互作用的定义及该课题的研究背景

1.2开展土-结构相互作用研究工作的必要性

1.3土-结构相互作用课题的发展研究简介与展望

1.4目前对土-结构相互作用形成的一般性认识

1.5考虑土-结构动力相互作用效应的主要假定因素

1.6动力分析基本方法

1.7基础的阻抗效应

1.8本文进行上、下部结构动力相互作用研究思路

第二章桩-土-上部结构(SPS)的平面动力有限元模拟

2.1基本动力有限元分析模型

2.2局部人工边界的处理

2.3场地地震输入的放大效应

2.4基于桩-土接触非线性共同作用的考虑

2.5算例分析

2.6本章小结

第三章层状场域内上、下部动力相互作用的三维非线性分析

3.1全域内的三维动力计算模型

3.2土的弹塑性以及桩土接触面非线性

3.3数值分析

3.4本章小结

第四章分层土介质中考虑轴向力作用的单桩及群桩动力反应

4.1概述

4.2土层振动特性

4.3单桩振动特性

4.4单桩阻抗数值结果比较

4.5层状地基中的群桩运动相互作用动力分析

4.6层状地基中的群桩惯性相互作用动力分析

4.7地震作用下桩-土共同作用反应分析

4.8本章小结

第五章群桩(土)-承台-结构的混合时频分析及其优化设计

5.1概述

5.2分层土中的群桩动力阻抗分析

5.3考虑频域内轴力分担的群桩动力阻抗

5.4混合时、频内桩-土-结构共同作用动力平衡方程

5.5验证性算例

5.6上、下部共同作用的群桩动力优化设计

5.7本章小结

第六章综合实例分析

6.1群桩-土-桥墩上部结构反应算例

6.2桩基动态反应计算

6.3地震作用下桩-土-建筑结构相互作用体系反应

6.4土-群桩与带斜撑构件上部结构的相互作用动力响应

6.5上、下部动力反应的抽桩优化设计

6.6本章小结

结语

致谢

参考文献

附录A(攻读学位期间发表论文目录)

附录B