巨型框架结构在考虑土—结构相互作用下的地震响应分析

摘要

巨型框架结构凭借自身传力明确、整体性能好、施工速度快等特点,在现代高层建筑结构中占有越来越重要的地位,并被广泛应用着,其抗震性能的研究也受到了诸多学者的关注。在传统抗震设计中大多沿用刚性地基的假设,而忽略了地基基础与上部结构的相互作用。事实上,考虑地基—基础—上部结构的相互作用将对最终的分析结果产生较大影响。因此,在对巨型框架结构进行动力响应分析的同时,考虑三者之间的相互作用是十分必要的。参考大量相关文献资料,首先介绍了巨型框架这种结构形式的应用发展及优越性能,同时对相互作用的理论研究和分析方法进行了系统的总结,并对其发展趋势以及该研究领域存在的问题进行较为全面的阐述。基于以上分析,利用ANSYS进行数值模拟,建立巨型框架—筏基—土体相互作用三维有限元模型。着重分析了相互作用对上部巨型框架结构的动力特性及地震反应的影响,并与刚性地基假定情况下的计算结果分析比较;同时分别在Ⅱ、Ⅲ类场地土上对相互作用体系进行地震反应分析,对其内力、变形等变化规律进行归纳对比,总结不同类别场地土对结构体系动力性能的影响。结果表明:
　　(1)考虑相互作用后,结构体系自振频率减小,周期延长,各楼层最大位移及加速度均有放大现象,且内力变化显著。
　　(2)在不同类别场地中,结构的位移和内力响应存在较大差异,同时发现场地土较软时,相互作用表现得比较明显。本文验证了考虑地基—基础—上部结构相互作用的必要性,为实际工程中的抗震设计及变形验算提供参考性依据。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 巨型结构概述及其研究现状

1.2.1 巨型结构概述及特点

1.2.2 巨型结构的应用及研究现状

1.3 土—结构相互作用的研究

1.3.1 土—结构相互作用的研究历史与现状

1.3.2 土—结构相互作用的研究的发展趋势

1.3.3 土—结构相互作用的研究存在的问题

1.4 本文主要研究内容

2 土—结构相互作用理论

2.1 土—结构相互作用概念

2.2 土—结构相互作用机理

2.2.1 结构刚度的影响

2.2.2 基础刚度的影响

2.2.3 地基刚度的影响

2.3 土—结构相互作用分析方法

2.3.1 理论分析方法

2.3.2 模型试验方法

2.3.3 原位测试法

2.4 本章小结

3 土—结构相互作用本构关系模型及动力有限元分析研究

3.1 上部结构本构关系模型

3.1.1 线弹性本构关系模型

3.1.2 弹塑性本构关系模型

3.2 土体的本构关系模型

3.3 有限元分析步骤及动力方程的求解

3.3.1 计算原理和分析步骤

3.3.2 动力平衡方程及计算方法

3.4 本章小结

4 巨型框架结构—土相互作用地震响应分析

4.1 工程概况

4.2 巨型框架结构—土相互作用模型的建立

4.3 上部结构—土接触模拟的实现

4.4 模态分析

4.5 动力时程分析

4.5.1 地震波的选取与输入

4.5.2 时程分析结果对比

4.6 本章小结

5 巨型框架结构在不同类别场地土动力相互作用下对比分析

5.1 场地土类别的判定

5.2 自振频率与周期对比分析

5.3 结构位移峰值对比分析

5.4 结构内力峰值对比分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

作者简历

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