单桩—土—框架结构相互作用的弹塑性动力时程分析

摘要

随着我国改革开放的深入发展，高层建筑的大量兴建，桩基础从沿海到内地得到了广泛的应用，已经成为高层建筑的主要基础形式。同时随着电子计算技术的发展，使得桩、土与上部结构的动力相互作用这一课题得到了较快的发展，国内外学者对这一问题作了较多的研究。但是这些丰富的研究成果却在实际工程中得不到很好的应用，其原因是多方面的。除了这些研究成果本身的问题外，桩、土与上部结构动力相互作用不能在工程实践中得到很好的考虑的最大原因在于：由于桩、土与上部结构动力相互作用的复杂性，各种方法存在或者理论难涩，或者计算复杂的问题。因此极大地限制了其工程的应用。基于目前的状况，本人在前人研究的基础上提出了一种计算单桩与土以及上部框架结构动力相互作用的简化模型。这种模型概念简单，可以考虑地基土的多层性，桩端条件的多样性，并能考虑上部框架结构的非线性行为，可以较好地反映地地基基础对上部结构的地震动影响，较为准确地反映了桩、土与框架结构的动力相互作用特性。　　本人的主要工作有：　　1、较为详细、全面的总结了桩、土与上部结构动力相互作用的分析方法，并分别做了简要的评价，指出了各种方法的适用情况和优缺点；　　2、将上部结构简化为平面杆系结构和层间剪切结构，得到上部结构的整体刚度矩阵和质量矩阵，阻尼矩阵采用瑞利阻尼；　　3、通过桩竖向刚度系数来修正桩的竖向弹性模量，按照弹性地基法求水平刚度和水平阻尼，通过直接叠加得出桩整体刚度矩阵，从而得到桩—土—框架结构的总刚度矩阵、总质量矩阵和总阻尼矩阵；　　4、选用合适的地震波并进行幅值调整，在进行非线性时程分析时，选取三线型刚度退化模型，采用Newmark-β全量理论方法进行数值积分，得到上部结构以及桩基础的地震反应；　　5、采用MATLAB编制了弹性和弹塑性时程分析程序，分析对比了杆模型、层模型、弹性、弹塑性、考虑相互作用、不考虑相互作用等多种情况下结构的地震反应，得出对实际工程有参考意义的结论。

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1课题背景

1.2上部结构与地基、基础相互作用的概念及其发展历史

1.3结构—地基—基础动力相互作用的效果

1.4动力相互作用的研究方法

1.5本文主要研究内容和计算方法

第二章桩—土竖向相互作用和水平相互作用的简化

2.1几种常见的单桩竖向刚度系数取值方法

2.2按荷载传递理论计算单桩竖向刚度系数

2.3有关参考文献和规范对Kv的简化计算

2.4有关Kv的计算算例

2.5竖向相互作用的阻尼矩阵的计算

2.6横向相互作用的单元刚度、阻尼矩阵的计算

2.7本文对竖、横向相互作用的单元刚度、阻尼矩阵的处理

第三章单桩—土—框架结构的弹性动力时程分析

3.1引言

3.2框架结构的振动分析模型

3.3结构阻尼矩阵的处理

3.4地震波的选取与调整

3.5动力分析问题的数值积分法

3.6单桩—土—框架结构动力相互作用的弹性时程分析程序

第四章单桩—土—框架结构的弹塑性动力时程分析

4.1引言

4.2恢复力滞回模型及其特征参数

4.3层间剪切模型的弹塑性地震反应分析

4.4单桩—土—框架结构动力相互作用的弹塑性时程分析程序

第五章算例、结论与展望

5.1验证笔者程序的正确性

5.2单桩—土—上部结构弹性时程分析算例

5.3单桩—土—上部结构弹塑性时程分析算例

5.4结论与展望

附录一、几种典型的地震波记录

附录二、采用MATLAB编制的平面杆系结构弹性时程分析程序

参考文献