基于土与结构的相互作用——不同地基条件对结构抗震性能的影响研究

摘要

我国是一地震多发国家，结构抗震性能的研究一直是工程研究的热点、重点，我国目前的抗震规范，主要建立在刚性地基假定之上进行抗震设计。而土与结构相互作用是客观存在的，随着研究的深入，研究人员越来越重视土与结构的相互作用对结构抗震性能的影响，尤其是软弱地基对结构抗震性能的影响，研究表明软弱层一定程度上有利于结构抗震。
　　另一方面，研究人员针对低矮建筑，通过用橡胶-土（废旧轮胎、橡胶颗粒与土或其他物质的混合物）换填低矮建筑的地基土，设置隔震垫层来达到提高低矮建筑抗震性能的目的。然而，由于橡胶土的承载力较小，不足以承载高层建筑物，不能作为高层结构的隔震垫层，因此本文研究了用橡胶-土换填框架结构桩周土后对结构抗震性能的影响。
　　本文依托”遂宁市河东慈音寺棚户区改造联福小区三期F17地块”项目，通过利用ABAQUS有限元分析软件模拟的方式，基于土与结构的相互作用，研究了不同地基假定、不同土层，对结构抗震性能的影响;针对该项目中涉及的高层桩基础框架结构，研究桩周土局部换填橡胶-土后，对结构体系的抗震性能的影响;研究了不同换填深度的橡胶-土，对结构体系地震响应的影响。
　　主要结论如下:
　　(1)刚性地基假定对于柱底剪应力的分析有其局限性，不能将底部受剪应力分为正剪应力区和负剪应力区两部分，与实际情况不相符，且得出的剪应力值偏大，在结构抗震性能研究中有必要考虑土与结构相互作用的影响;
　　(2)考虑土与结构相互作用后，结构体系的频率降低，周期增大，地震响应降低，软弱层（即淤泥质粘土）会进一步降低结构体系的频率，增大周期，降低地震响应;
　　(3)换填橡胶-土后，结构体系的频率降低，周期增大，地震响应降低，随着橡胶-土深度的增加，结构体系的频率随之降低，周期随之增大，地震响应随之降低;
　　(4)在换填的橡胶-土中，对结构抗震性能提高起到主要作用的是结构外围桩的桩周橡胶-土，且是其中的上部分橡胶-土。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土与结构相互作用研究现状

1．2．1 橡胶-土用于结构隔震的研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 研究思路和技术路线

第2章 工程地质条件

2．1 工程概况

2．2 气象水文

2．3 地形地貌

2．4 地层结构及岩土特征

2．5 地质构造及地震

2．6 地下水

2．7 岩土工程特征

2．8 场地评价

2．8．1 抗震设防烈度

2．8．2 场地类别

2．8．3 地基持力层评价

2．8．4 地基基础方案评价

2．9 小结

第3章 土与结构相互作用的基本理论

3．1 引言

3．2 土与结构相互作用的研究方法

3．2．1 整体有限元法

3．2．2 子结构法

3．2．3 集总参数法

3．2．4 本文的研究方法

3．3 人工边界问题

3．3．1 粘性边界

3．3．2 粘弹性边界与弹性边界

3．3．3 透射边界

3．4 接触问题

3．4．1 接触面本构关系

3．4．2 接触面的单元计算模型

3．5 地震动特性及地震动输入

3．5．1 地震动特性

3．5．2 地震动输入

第4章 有限元建模及模态分析

4．1 引言

4．2 有限元简介

4．2．1 有限元分析流程

4．2．2 有限元分析中的简化和假定

4．2．3 ABAQUS简介

4．3 有限元建模

4．3．1 模型参数

4．3．2 地震波的选取

4．3．3 边界条件的处理

4．3．4 阻尼的处理

4．3．5 接触条件的处理

4．3．6 等参单元

4．4 模态分析

4．5 小结

第5章 不同地层对结构抗震性能的影响

5．1 引言

5．2 时程响应的对比

5．2．1 应力的对比

5．2．2 位移的对比

5．2．3 能量耗散密度分布

5．3 小结

第6章 桩周换填橡胶-士对结构抗震性能的影响

6．1 引言

6．2 模型建立及模态分析

6．3 时程响应的对比

6．3．1 应力的对比

6．3．2 位移的对比

6．4 土体换填橡胶-土的应用展望

6．5 后续工作的展望

6．6 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果