汪加武[1]2004年在《考虑土—结构相互作用高层框架结构平面非线性抗震分析》文中研究表明考虑土—结构相互作用高层建筑结构非线性抗震分析是一个复杂的研究课题。近二十年来，国内外许多学者都对其进行过研究，并提出了多种分析方法，如：时域子结构法，时域整体有限元法等，但这些方法都存在分析理论复杂、计算工作量大的缺点，因此在实际工程中没有得到广泛应用，一般只限于理论研究中。静力弹塑性分析方法(Push-Over Analysis Method)是一种结构非线性抗震分析简化方法，其大致步骤是对结构施加某种模拟地震水平惯性力作用的侧向力，并逐渐单调增加侧向力，将结构推至某一目标位移，然后停止增加侧向力，进而对结构进行抗震性能评估。本文应用静力弹塑性分析方法对天然地基上带刚性整体基础(箱型基础、筏板基础以及带一层或半层地下室的筏基)的高层框架结构进行了平面非线性抗震分析研究。为了比较和验证考虑土—结构相互作用高层建筑结构非线性地震反应平面静力弹塑性分析的可行性和有效性，本文还对天然地基上带刚性整体基础(箱型基础、筏板基础以及带一层或半层地下室的筏基)的高层框架结构，进行了考虑土—结构相互作用平面非线性地震反应时程分析研究。 在考虑土—结构相互作用平面非线性地震反应时程分析中，本文根据子结构原理建立了地基—基础—上部结构系统的力学分析模型及其运动方程，上部结构采用杆系—层间模型模拟，基础简化为刚性矩形质块，地基动力阻抗在物理上用弹簧和阻尼器模拟，并施加在基础相应部位，弹簧和阻尼器参数采用一组能考虑频率相关性、基础形状以及埋置深度等因素的近似公式计算，其中频率相关性只考虑相互作用体系的基本频率。结合天然地基上带刚性整体基础高层钢筋混凝土框架结构，编制了相关分析程序，并应用该程序，对两个算例结构分别输入两条不同地震波记录进行了考虑和不考虑土—结构相互作用平面非线性地震反应时程分析，分析结果表明，考虑土—结构相互作用后，高层框架结构的层间位移和层间剪力与刚性地基情况下相比并不总是减少，有时是增大的。因此基于刚性地基假设的非线性抗震验算并不总是偏于安全。 在考虑土—结构相互作用平面静力弹塑性分析中，运用子结构原理，建立了地基—基础—上部结构系统的力学分析模型及非线性静力增量平衡方程，上部结构和基础的模拟与时程分析相同，地基对基础的反力用水平弹簧和转动弹簧表示，弹簧系数按静刚度计算。重点对地基—基础—上部结构系统静力弹塑性分析中的具体实施步骤、目标位移确定、侧向加载模式选用等几个关键问题进行了研究。最后也针对天然地基上带刚性整体基础高层钢筋混凝土框架结构编制了相关分析程序，并应用该程序，对两个算例结构采用叁种不同侧向力分布模式(均匀分布，曲线分布和倒叁角形分布)分别进行考虑土—结构相互作用平面静力弹塑性分析，并将分析结果与时程分析结果进行比较。算例分析表明，应用静力弹塑性分析方法对考虑土—结构相互作用高层建筑结构进行非线性抗震考虑土一结构相互作用高层框架结构平面非线性抗震分析分析是可行的，叁种加载方式中，曲线加载方式与时程分析结果吻合最好。
朱博全[2]2016年在《考虑结构—土—结构动力相互作用的竖向不规则框架结构的抗震性能研究》文中研究表明随着土-结构动力相互作用研究的不断深入,国内外越来越多的研究指出在地震作用下相邻建筑物之间会通过地基土产生相互作用,而且建筑物之间间距越近这种相互作用会越发显着。随着经济及人口的不断增长,我国建筑用地日益紧张,密集建筑群不断增多,地震发生时相邻建筑物之间的相互作用将变得无法忽视,但我国的抗震规范并没有考虑结构-土-结构动力相互作用的影响。目前钢筋混凝土框架结构是我国多高层建筑中广泛使用的结构形式,为了满足现今建筑结构功能和美观上的要求,这种框架结构还出现了各种竖向不规则布置形式。由于竖向不规则结构具有容易出现应力集中并导致结构发生严重破坏的缺陷,因此其发生地震损坏的概率远高于其它形式的建筑结构。尽管结构设计能够满足目前抗震规范的相关要求,但由于忽略了结构-土-结构动力相互作用的影响,无法全面评估竖向不规则框架结构的抗震性能,有可能增加结构的未知风险。针对上述问题,本文选取各种震害报告及研究指出的易损性差而又大量存在的底部不规则及中部不规则两种竖向不规则框架结构作为研究对象,采用有限元软件OpenSEES建立结构-土-结构动力相互作用有限元模型,通过动力弹塑性时程分析下结构的顶点位移、顶点加速度、基底剪力、层间位移角等宏观参数来全面了解结构-土-结构动力相互作用下两种竖向不规则框架结构的抗震性能,最后采用结构地震易损性分析方法全面评估结构-土-结构动力相互作用影响下竖向不规则框架结构的实际抗震性能,以保障竖向不规则框架结构在考虑结构-土-结构动力相互作用影响下的安全性。以下为本文的主要研究内容及结论:(1)找出改变结构-土-结构动力相互作用效应的关键影响参数,明确结构-土-结构动力相互作用模型中上部结构的最不利布置形式。采用—12层规则钢筋混凝土框架结构作为研究对象,针对结构-土-结构动力相互作用模型中周边结构和目标结构的间距及周边结构的体量大小两个对结构-土-结构动力相互作用影响效应起决定性作用的因素,运用通用有限元软件OpenSEES对结构模型进行动力弹塑性时程分析,从目标结构的顶点位移、顶点加速度、基底剪力、层间位移角等宏观参数的变化综合分析结构-土-结构动力相互作用对规则框架结构抗震性能的影响规律和影响程度。研究表明,结构-土-结构动力相互作用影响下结构的动力响应要大于土-结构动力相互作用情况与地基刚接情况;当相邻结构与目标结构的间距为0.25倍目标结构基础宽度且相邻结构的体量为1.0倍目标结构体量时,结构-土-结构动力相互作用效应达到最大。(2)探讨竖向不规则框架结构在考虑结构-土-结构动力相互作用下抗震性能的变化。在原有规则框架结构的基础上,设计了实际工程中常见的底部不规则和中部不规则两种易损性差而又大量存在的竖向不规则框架结构,并在结构-土-结构动力相互作用影响效应达到最大的结构布置情况下,针对不规则框架结构与规则框架结构的地震响应差异及不规则框架结构在地基刚接、土-结构动力相互作用、结构-土-结构动力相互作用3种情况下的地震响应差异,对所设计的竖向不规则框架结构模型进行基于OpenSEES的动力弹塑性时程分析,从目标不规则框架结构的顶点位移、顶点加速度、基底剪力、层间位移角等宏观参数的变化全面分析结构-土-结构动力相互作用对常用竖向不规则框架结构抗震性能造成的影响。研究表明,底部不规则及中部不规则框架结构在土-结构动力相互作用下结构的地震响应均大于地基刚接情况,而结构-土-结构相互作用情况又比土-结构动力相互作用情况的地震响应要大。在土-结构相互作用及结构-土-结构相互作用影响下不规则结构的顶点位移、基底剪力和层间位移角增大的幅度均比规则结构增大的幅度要大,而底部不规则结构增大的幅度又要大于中部不规则结构;而对于结构的顶点加速度,土层的存在会使得这一响应变小,但不规则结构比规则结构变小的幅度减小。(3)基于地震易损性的结构-土-结构动力相互作用对竖向不规则框架结构抗震性能影响分析。对所研究的规则、底部不规则、中部不规则3种不同形式的框架结构进行地震易损性分析,分别建立其在地基刚接、土-结构相互作用、结构-土-结构相互作用3种情况下的地震易损性曲线,从概率层面全面评估在不同地震强度下土-结构相互作用及结构-土-结构相互作用对3种不同形式框架结构抗震性能的影响。研究表明,在不同极限破坏状态下,土-结构相互作用情况下3种不同形式框架结构的地震易损性曲线始终略大于地基刚接情况,而结构-土-结构相互作用情况的地震易损性曲线又始终大于土-结构相互作用情况,且明显大于地基刚接情况,因此忽略结构-土-结构相互作用的影响会低估竖向不规则框架结构超越不同破坏状态的失效概率,从而增加竖向不规则框架结构的破坏风险。
莫颖[3]2008年在《基于塑性铰理论的桩—土—结构动力相互作用分析》文中进行了进一步梳理桩-土-结构相互作用一直是结构工程和岩土工程界的热门话题,以往有关结构抗震分析的研究大多数是建立在刚性地基假定之上的,但实际工程表明,土-结构的动力相互作用对计算建筑的地震反应有重要影响,且地基土越软弱,相互作用越明显。一直以来,研究者们对相互作用体系采用有限元方法较多,但运用全动力时程分析,运算量庞大,有时难以有效模拟其失效状态。近年来,随着基于建筑物位移/性能的抗震设计思想的发展,结构静力非线性分析方法(Pushover分析方法)引起了世界各国学术界和工程界的广泛关注。该方法分析时不但可以简化结构抗震分析,而且包含弹性静力分析部分的性质,还能反映出弹性动力分析结果,是一种近似评估结构抗震性能的方法。大量的研究表明,通过动力方程的转换将结构动力问题等效为静力问题来求解,较好地适应了工程设计所要求的高效性,因而本文进行研究时引入了此法。此法侧向荷载加载模式的选取很大程度上决定了结构的屈服模式,本文基于以往的侧向荷载研究结果,主要采用倒叁角形荷载和均布荷载进行分析。文中通过简捷的Pushover分析方法探讨了考虑桩-土-结构相互作用时体系的反应情况。首先分别对6层和30层的混凝土结构分析,从体系的性能点、塑性铰分布趋势、出现第一批塑性铰时结构的底层柱内力、楼层位移和层间位移等进行规律性总结,并讨论了不同桩基尺寸、上部结构砼等级、弹簧的设置密度以及取土范围等对相互作用体系的影响;接着对一室内钢框架模型进行模态分析,在此合理模型的基础上对比刚性基础体系与考虑相互作用体系的反应。随后考虑了不同参数土体范围、楼层数、土体属性、柱截面和桩长等对相互作用体系的影响,并对其规律进行了总结。通过以上分析得到了桩基的屈服机制。分析结果表明,从基于位移/性能的思想出发,考虑桩-土-结构相互作用对上部体系的反应是有影响的。当桩基满足上部结构承载力且取较小尺寸时,在桩基顶端出现了塑性铰,说明桩顶端是体系的薄弱部位,这将为后续的隔震研究提出一理论分析途径,以利于进一步的试验研究。
武成浩[4]2010年在《基于桩土共同作用理论的高层结构地震反应分析与抗震性能评估方法研究》文中研究说明考虑土—结共同作用效应对于正确预测高层建筑结构地震反应以及高层建筑结构抗震性能评估有非常重要的意义,是当前结构工程研究领域里的热点和难点。近年来一些学者在这方面做了大量工作并取得不少成果,但由于问题本身的复杂性,尚有许多问题亟待解决。本文在现有研究的基础上,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系的耦合作用机理,提出了具有四个广义位移的平板弯曲理论以及高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系整体建模与分析方法,利用大型有限元软件ABAQUS建立了考虑土—结共同作用效应的高层建筑结构叁维实体有限元精细化整体模型,分析了土—结共同作用效应对高层建筑结构的地震响应影响,并对影响结构地震反应的主要因素进行了详细参数对比分析,揭示了体系动力共同作用的内在规律,提出了高层建筑结构抗震设计建议,并在此基础上提出了基于能力谱方法考虑土—结共同作用效应的改进高层建筑结构抗震性能评估方法。论文的主要研究内容及所取得的研究成果具体包括以下几个方面：(1)研究了高层建筑结构—桩(筏)基础—地基的共同作用机理和分析方法,指出了现有机理分析和分析方法的不足之处,提出了具有四个广义位移的平板弯曲理论,考虑了横向伸缩广义位移Φ3,用变分法推导了弹性地基上四边自由矩形中厚板的控制微分方程,丰富了筏板计算理论,将土、(筏)桩基础、高层建筑结构作为一个整体,采用桩侧土体和桩端土体分别建模的方法,提出了高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系的整体建模与分析方法,为共同作用体系有限元地震响应分析提供了理论基础。根据高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系整体建模方法,利用大型有限元软件ABAQUS建立了经历汶川地震的某高层建筑结构共同作用体系叁维实体线弹性有限元精细化模型,研究了该体系的自振特性并结合土体参数的变化进行了影响性分析,揭示了桩端土体和桩侧土体对上部结构自振周期影响的不同规律,比较了考虑与不考虑共同作用效应情况下结构的地震反应规律,对比分析了桩侧土体和桩端土体分别建模方法与常规建模方法对结构地震响应的不同影响规律。(2)采用高层建筑结构地震反应整体建模与分析方法,考虑了混凝土和土体的材料非线性、桩(筏)基础与土体的接触非线性,利用ABAQUS建立了高层建筑结构—桩(筏)基础—地基的叁维实体非线性有限元精细化整体模型,根据场地土特性合理选取了强震记录作为地震动输入,比较了考虑与不考虑共同作用效应情况下结构的地震反应规律,分析了不同工况罕遇地震作用下共同作用体系的非线性地震反应,并对影响结构地震反应的关键因素(上部结构非线性、土体材料非线性、土体参数变化、边界条件变化,接触非线性等)进行了详细对比分析,结合汶川地震震后调查揭示了高层建筑结构共同作用体系动力反应的规律,提出了高层建筑结构设计建议。(3)研究了FEMA440考虑土—结共同作用效应的能力谱方法,并对其计算土弹簧刚度的方法进行了改进,提出了改进的基于共同作用理论的抗震性能评估方法,使其能够与我国的建筑抗震设计规范相容,适用于我国高层建筑结构的抗震性能评估,并为我国抗震规范的修订提供了参考。在此基础上,选取了某工程实例,利用改进后的考虑土—结共同作用效应的抗震性能评估方法对其进行了非线性静力分析,将其计算结果与非线性动力时程反应分析的计算结果进行了比较,验证了改进的基于共同作用理论的抗震性能评估方法在实际工程应用中的可行性。
栾小兵[5]2012年在《空间网格结构土—结构相互作用模型与地震反应研究》文中进行了进一步梳理目前大跨空间网格结构抗震研究主要把屋盖结构作为分析对象，有关抗震分析理论比较成熟。实际的空间网格结构是由屋盖结构、支承结构、下部基础以及地基组成。大跨空间网格结构的支承结构一般由柱子或框架结构组成。基础一般为独立基础，条形基础，筏板基础以及桩基础。土-结构相互作用的一般作用机理为如果地表存在建筑物，地震将迫使地基与上部结构一起振动。由于地震产生的上部结构振动在建筑物内部经过多次折射后将有一部分再次传入地基引起基础地基新的振动后再作用于上部结构，如此反复的这种现象称为地震作用下的结构-地基动力相互作用，简称为土-结构相互作用。地震作用下考虑结构-地基相互作用与刚性地基假定相比较可归纳为两方面：结构动力特性改变，包括自振频率降低、振型改变；结构的整体阻尼增加。本文主要以带支承的平板网架和带支承的单层网壳结构为分析模型，研究空间结构屋盖-支承结构-地基耦合效应，以及土-结构相互作用对空间结构地震响应的影响。主要研究内容如下：（1）适合于空间网格结构土-结构相互作用分析模型研究在Gazatas半无限空间模型的基础上，提出在强震作用下的浅基础与土分离的改进分析模型。在群桩基础模型中，提出考虑竖向桩-土相互作用的空间网格结构叁维非耦合分析模型。并以一个空间桁架结构为例，通过本文所提出的非耦合分析模型与完全耦合模型的桩基础以及上部结构地震反应的对比，验证所提空间网格结构非耦合桩-土相互作用模型的正确性。并且通过对比也验证所提强震作用下浅基础与土分离的改进分析模型的正确性。（2）地震动特性和土-结构相互作用双重因素对平板网架地震反应影响研究在提出强震作用下浅基础与土分离的改进分析模型基础上，研究地震动特性和土-结构相互作用双重因素对结构地震反应的影响。考虑土-结构相互作用后，结构的周期将会变长。近场地震动具有长周期的速度大脉冲，远场地震动也具有长周期分量。研究近场地震动与远场地震动对于考虑土-结构相互作用的平板网架的地震反应的影响。（3）土-结构相互作用对平板网架地震反应影响中辐射阻尼的影响研究在上述平板网架结构的浅基础土-结构相互作用研究中，一是延长了结构的周期，二是通过上部结构与下部结构的相互作用增加了结构的整体阻尼比。在本文的研究中，主要基于平板网架第一阶模态求出土-结构相互作用对于结构整体阻尼比的增加。分析考虑辐射阻尼对于空间结构土-结构相互作用的影响。（4）以柱支承的空间桁架结构为分析模型，研究完全耦合的桩-土相互作用对上部桁架结构地震反应的影响以及参数化分析。在建模中主要应用动力非线性p-y弹簧模拟水平桩-土相互作用、动力非线性t-z弹簧模拟桩-土相互作用的摩擦力、以及用动力非线性q-z弹簧模拟桩端的非线性力-位移关系来描述桩-土非线性相互作用关系。主要研究不排水抗剪强度，极限主应力为一半时的应变值以及最大桩侧横向磨阻力与承载力比值对上部结构地震反应影响并进行参数化研究。（5）以单层网壳结构为研究对象，非线性桩-土相互作用对单层网壳结构的地震反应影响研究。运用非线性弹簧单元模型分别模拟叁维动力非线性桩土相互作用中的p-y曲线，t-z曲线以及q-z曲线，使得非线性弹簧的骨架曲线与上述非线性p-y曲线，t-z曲线以及q-z非线性曲线近似并且假设上述叁种非线性弹簧单元的非线性滞回规律。在此基础上，研究叁维非线性桩-土相互作用对单层网壳结构的地震反应影响规律。（6）在空间网格结构桩-土相互作用研究的基础上，以叁维动力非线性桩-土相互作用模型在地震作用下的地震反应为对比标准，选取嵌固法模型，阻抗函数法模型以及“m值”模型叁种桩-土相互作用简化模型，对比叁种桩-土相互作用简化模型在地震输入下的地震反应的对比，找到了适合于单层网壳结构的桩基础抗震设计简化模型。
罗舟[6]2012年在《考虑土—结构相互作用的高层框架结构地震反应分析》文中研究说明传统的抗震设计中通常是假定地基是刚性的。显然，这种人为地将上部结构、基础与地基当作相互独立的部分，而不考虑它们叁者之间的相互联系，是不符合实际的情况的。随着各种高层建筑结构形式的出现，传统的抗震设计方法已经无法满足不考虑土—结构相互作用表现出的与结构受力情况不符的设计原理。因此，研究土—结构相互作用显得十分必要。本文在总结前人研究成果的基础上，综合相关文献资料，研究了土—结构相互作用下结构的地震反应规律。首先运用ANSYS有限元软件分析，对土体采用Drucker—Prager弹塑性本构模型，对上部结构采用双线性等向硬化弹塑性模型，建立了一个平面的高层建筑土—结构相互作用的简化分析模型。然后利用整体有限元分析法，建立不同场地条件下框架结构的ANSYS算例模型，并对Ⅱ、Ⅲ类场地上的上部结构不同刚度的框架结构输入两种不同的地震波，通过对比是否考虑相互作用下结构的各项地震反应特性分析得到，考虑相互作用后，上部结构的动力特性、剪力最大值、轴力最大值、楼层的位移最大值、楼层的加速度最大值各项地震反应特性都发生了相应改变，并且这种改变是不容忽视的。通过以上分析结论说明考虑土—结构相互作用在结构分析中是必要的，在实际工程设计中应适当考虑，以实现安全经济的最优设计目标。
刘方成[7]2008年在《土—结构动力相互作用非线性分析及基于SSI效应的结构隔震研究》文中研究说明随着社会的发展、社会财富和人口的高度集中,地震灾害对人类社会所造成的损失越来越大。因此,基于性能的抗震设计日益得到重视,而这首先就要求对于结构的地震反应分析更为精确。正因为如此,广大研究者和工程技术人员在实践中越来越意识到将上部结构和基础考虑作为一相互作用的整体来进行设计的必要性和优越性。在土—结构动力相互作用问题中,土体的强烈非线性特性及其影响是其中的核心之一。而基于相互作用的机理进行上部结构的隔振研究是这个研究方向上的创新性思路,也是又一项具有工程实践意义的研究课题。本文围绕地基土体的非线性动力特性及其合适的本构模型构建这一问题开展工作,着重考察了地基土体非线性动力特性的变化规律及影响因素、土体非线性对于自由场和土—结构体系地震动力反应的影响及其机理。同时,在这其中通过试验研究了土—结构界面接触非线性特性、土—结构体系上下部刚度比变化对SSI效应的影响等问题,为相互作用问题的理论分析和实践应用提供参考。最后,根据相互作用机理分析的启示,提出了坚硬场地上刚性结构基底软土夹层隔震思路。全文的主要工作和创新如下:1.广泛阅读本领域的相关文献,总结了国内外开展土—结构动力相互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,提出了本文针对土—结构动力相互作用问题研究的思路。2.对地基土体的非线性动力特性进行试验研究。通过对粉质黏土的循环单剪试验,研究了土体的应变累积特性以及土体加载历史、场地固结压力对于土非线性动剪模量和阻尼比的影响。试验验证了由小到大的分级循环加载试验方法的可行性,同时,在试验现象机理分析的基础上提出了能够考虑加载历史和固结压力影响的黏土动力特性模型。3.提出了基于阻尼的土体真非线性滞回模型,并且将这一模型推广至弹塑性领域,建立了基于阻尼的土体边界面模型。通过循环单剪试验,验证了所提本构模型的可行性与优越性。4.开发了自由场地震反应非线性分析程序。该程序应用自主提出的土动力特性模型和土体动力滞回本构模型,对自由场的非线性地震反应问题进行了深入分析,考察了自由场地底部边界条件、土体本构模型、土动力特性以及软弱夹层等因素对自由场非线性反应的影响。5.对粉质黏土与混凝土界面的界面接触力学性能进行试验研究,考查了界面粗糙度、界面法向压力、薄层单元厚度、加载形式等因素对界面单元应力应变关系的影响。根据试验结果,提出了改进的薄层界面接触单元本构模型。6.针对上下部结构刚度比对土—结构动力相互作用效应的影响这一问题进行了大比例模型试验,根据试验结果,对规范中关于考虑SSI效应的结构附加周期的确定提出了有益的建议。7.在通用有限元软件MSC.Marc中建立整体有限元模型,应用自主提出的基于阻尼的边界面本构模型和改进的土—结构界面本构模型,深入分析了土体非线性对结构地震反应的影响及其机理。针对一具体场地,考察了土体非线性对结构地震反应谱的影响。8.提出了较坚硬场地上刚性结构的基底软土夹层隔震思想,通过实例研究了软土夹层隔震的效果及其影响因素。最后,对人工软土材料的研究提出了建议与展望。
冯晶[8]2012年在《考虑桩—土—结构相互作用的上部结构Pushover分析》文中提出桩-土-结构动力相互作用是当前岩土地震工程领域的研究热点之一。现阶段,考虑桩-土相互作用的上部结构地震反应分析大多采用时程有限元法进行计算。但由于该法理论复杂、工作量大、不易收敛、以及对研究人员的素质要求较高,在实际工程中较难推广应用。随着基于性能抗震设计方法的发展,Pushover方法逐渐发展成熟。Pushover方法是一种近似评估结构抗震性能的静力非线性计算方法,具有概念简单、操作方便、计算效率高等优点。论文采用Pushover方法对考虑桩-土相互作用的结构地震反应进行了分析研究。主要工作如下：(1)详细介绍了Pushover方法的基本理论,包括基本原理、侧向加载模式、具体实施步骤、目标位移的确定方法等；简述了有限元程序SAP2000的研究特点、注意事项,以及应用该软件进行Pushover分析的实施过程。(2)侧向加载模式是Pushover分析的重要影响因素,论文对某刚性地基假定下的10层框架结构采用7种不同侧向加载模式进行了Pushover分析,并与叁条典型地震动作用下的非线性动力时程分析结果进行了对比,结果表明对于以第一振型为主的结构,各种侧向加载模式的Pushover分析结果差别较小,推荐采用倒叁角加载模式。(3)详细介绍了桩-土-结构相互作用分析的有限元模型和文克尔梁模型。应用Pushover方法对叁种考虑桩-土-结构相互作用的计算模型进行了平面非线性Pushover分析,与动力时程分析结果进行比较表明,Pushover方法与非线性动力时程方法计算误差很小；弹簧刚度系数取值合理的文克尔梁模型可以取代有限元模型,分析考虑桩-土相互作用的结构地震反应。
石磊[9]2005年在《高层建筑土—结构相互作用地震反应分析方法》文中指出现今建筑抗震设计规范中采用的抗震设计方法是以刚性地基假定为前提的。这种方法虽然比较简单易用,但是随着震害资料的积累和对高层建筑抗震性能研究的深入,人们发现这种刚性地基假定在一些情况下是不符合实际情况的,有时甚至是不安全的。本文围绕这一问题展开研究,给出了一个符合实际情况的考虑土-结构相互作用的高层建筑地震反应分析方法,旨在为进一步深入研究考虑土-结构相互作用对高层建筑地震反应和抗震设计的影响提供分析手段。本文首先介绍了土-结构相互作用的原理和本质,评述了现有土-结构相互作用分析方法。在此基础上,研究给出了一个实用的高层建筑土-结构相互作用地震反应分析方法。在全面细致的考虑上部结构、基础及下部土体实际情况和受力特性的基础上,给出了一种平面高层建筑土-结构相互作用简化分析模型。在这个模型中,利用矩阵位移法的概念,同时考虑框架和剪力墙(筒体)的协同工作原理,将上部结构简化成平面的框架-剪力墙(筒体)结构,这一模型可以很好的模拟常用高层建筑体系的弯曲特性和弯剪特性。地基土采用一块在计算平面内高度为H,宽度为B,而在出平面方向厚度为t的土体作为分析模型,使用E-B本构关系模型来考虑它的非线性特性,利用粘-弹性人工边界作为地基土的边界条件。根据基础刚度的大小采用叁种基础分析模型,并用接触迭代算法考虑了桩、箱-土之间的相互作用,通过大量试算,建议了此算法中的接触参数。根据本文方法的特点,比较了目前国内外可用于建筑结构土-结构相互作用研究的分析软件,并评价了它们的优缺点和适用性,选取了能很好实现上述分析模型并带有方便灵活二次开发接口的大型非线性有限元软件MSC.Marc作为本文的分析软件。利用MSC.Marc中现有的单元形式,选取了分析模型中各部分的单元模型,对MSC.Marc进行了二次开发,将多层土E-B本构关系模型作为子程序嵌入其中,并通过一个算例验证了本文二次开发的可靠性。最后采用本文方法对某高层建筑进行了分析,并与不考虑土-结构相互作用的地震反应分析结果进行了对比。此外,还通过此算例初步探讨了在土-结构相互作用模型中,考虑和不考虑桩-土间相互作用对结构地震反应的影响。通过算例得到了一些结论,并证明了本文方法的适用性。
刘立平[10]2004年在《水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析》文中研究说明结构抗震设计是建筑物抵抗地震破坏作用的必要手段。大量的试验和分析发现，在地震作用下，地基与结构之间有相互作用发生。抗震规范规定考虑相互作用的结构，剪力和层间位移可以进行折减。但折减方法是基于弹性条件提出的。同时抗震规范又要求罕遇地震作用下规定的结构必须进行弹塑性变形验算。但简化的弹塑性变形验算方法是在地基刚性假定下得出的。考虑相互作用体系的弹塑性特性后，折减方法是否合适，简化的弹塑性变形验算是否恰当，是一个值得研究的问题。但目前对罕遇地震作用下土-结构相互作用的研究很少，考虑土-结构相互作用的弹塑性变形验算的研究更少。桩基础是应用广泛的深基础，在基础工程中具有极为重要的地位。因此桩-土-上部结构弹塑性动力分析是一个非常重要的研究课题。 论文详细研究了桩-土-结构体系弹塑性分析模型，在自由场和桩-土体系弹塑性分析的基础上，对桩-土-结构体系进行了弹塑性动力分析，指出了现有规范进行相互作用分析中存在的不足之处。从层间位移、等效应力、塑性应变等几个角度研究了考虑桩-土-结构相互作用下上部结构的弹塑性变形特性及规律，延伸了现行抗震设计方法中弹塑性变形验算的有关内容，为抗震设计中变形验算提供了参考性建议。 本文采用动力有限元时程分析方法，将研究体系简化为平面模型，通过对比分析，研究了桩-土-结构体系的弹塑性动力特性和规律。完成了以下几个方面的研究工作：确定了适合于桩-土-结构体系的弹塑性本构关系。上部结构采用基于von Mises屈服准则的双线性等向硬化模型，并确定了弹塑性模型的相关参数，下部土体采用基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性模型；建立了桩-土-结构体系动力相互作用完全有限元法分析的解决方案。包括非线性动力方程的求解方法，单元的选取，土体边界的模拟方法，地震动输入方法，网格大小的划分，重力的考虑等。并验证了用大型有限元程序ANSYS分析桩-土-结构动力相互作用的适用性；研究了水平地震作用下水平成层土体的弹塑性动力反应；研究了水平地震作用下桩-土体系弹塑性动力反应；对Ⅱ、Ⅲ两类场地上的5层、10层、15层和20层四种框架结构进行了水平地震作用下桩-土-结构弹塑性动力相互作用分析。通过以上内容的研究得出如下的主要结论： ① 同时考虑土体和结构的弹塑性特性，对桩-土-结构体系动力相互作用分析的有限元方法进行了详细的研究，且对结构采用梁单元进行模拟，比基于弹性和层模型的相互作用分析更能真实反映桩-土-结构动力相互作用特性。论文中提出重庆大学博士学位论文 的桩一土一结构弹塑性动力反应的有限元解决方案是可行的，可用于相互作用分 析;②利用有限元程序ANSYS中的APDL技术，通过编程，在ANSYS中成功地在 实现了透射边界，减小了土体的动力计算范围，提高了计算精度，使ANSYS更 能方便地进行桩一土一结构动力相互作用分析。③自由场中软夹层的存在会增大地表位移反应，减小加速度反应。硬夹层的存在 会减小地表位移反应，增大加速度反应。在弹塑性反应分析中，软夹层的存在 会增加地表地震反应，使相对位移与绝对加速度峰值增加。软(硬)夹层在底 部时影响较其它位置影响大。软(硬)夹层所在处层间位移峰值和绝对加速度 峰值均会发生突变。软夹层的存在会减小体系的基本频率，且随软夹层位置深 度增加，基本频率越小。硬夹层的存在会增加体系的基本频率，且随硬夹层位 置深度增加，基本频率越大;④桩土体系中，桩身的存在会减小桩周土的相对位移和绝对加速度，增加土体的 塑性变形量，并改变了桩周土剪应力随深度变化趋势。土体中桩体运动表现为 剪切型特性，土体越软，桩体的水平相对位移和绝对加速度越大。在多层土体 中，考虑土体弹塑性后，桩身的水平相对位移，绝对加速度和剪力均有所减小。⑤对于多高层结构，考虑弹塑性相互作用后体系的层间位移、绝对加速度、柱的 剪力和轴力等在不同的楼层均有放大现象，因此折减有时是不安全的。⑥考虑弹塑性相互作用后不同楼层的层间位移、绝对加速度、柱的剪力和轴力等 的折减系数并不相同，沿楼层变化也不是直线，规范中只采用单一的折减系数 方法不太合理。⑦桩一土一结构弹塑性动力相互作用下的框架结构比不考虑相互作用时发生塑性破 坏程度降低，按现有规范进行弹塑性变形验算偏安全。
参考文献：
[1]. 考虑土—结构相互作用高层框架结构平面非线性抗震分析[D]. 汪加武. 湖南大学. 2004
[2]. 考虑结构—土—结构动力相互作用的竖向不规则框架结构的抗震性能研究[D]. 朱博全. 广州大学. 2016
[3]. 基于塑性铰理论的桩—土—结构动力相互作用分析[D]. 莫颖. 湖南大学. 2008
[4]. 基于桩土共同作用理论的高层结构地震反应分析与抗震性能评估方法研究[D]. 武成浩. 北京交通大学. 2010
[5]. 空间网格结构土—结构相互作用模型与地震反应研究[D]. 栾小兵. 北京工业大学. 2012
[6]. 考虑土—结构相互作用的高层框架结构地震反应分析[D]. 罗舟. 华中科技大学. 2012
[7]. 土—结构动力相互作用非线性分析及基于SSI效应的结构隔震研究[D]. 刘方成. 湖南大学. 2008
[8]. 考虑桩—土—结构相互作用的上部结构Pushover分析[D]. 冯晶. 大连理工大学. 2012
[9]. 高层建筑土—结构相互作用地震反应分析方法[D]. 石磊. 中国地震局工程力学研究所. 2005
[10]. 水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析[D]. 刘立平. 重庆大学. 2004
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