巨型框架結(jié)構(gòu)-筏基-砂卵石地基的靜動(dòng)力共同作用研究.pdf

1、巨型框架結(jié)構(gòu)-筏基-砂卵石地基作為一種新型的大型結(jié)構(gòu)體系隨著經(jīng)濟(jì)與城市化建設(shè)的發(fā)展而逐漸開始應(yīng)用。巨型框架建筑體系復(fù)雜，上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及地基是統(tǒng)一的整體，三者相互聯(lián)系、相互影響，共同作用，若仍沿用傳統(tǒng)的剛性基礎(chǔ)假定設(shè)計(jì)巨型框架結(jié)構(gòu)，而不考慮建筑物共同作用影響則不甚合理，且將與實(shí)際結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性有較大的出入，其共同作用己是許多重大實(shí)際工程中一個(gè)不可回避的關(guān)鍵科學(xué)問題。鑒于此，本論文針對某典型巨型框架結(jié)構(gòu)體系開展深入、細(xì)致分析，對其進(jìn)行靜、

2、動(dòng)荷載作用下的共同作用特性研究。
　　 本文基于國內(nèi)外目前共同作用研究發(fā)展的趨勢，在充分借鑒并發(fā)揮前人研究的基礎(chǔ)上，采用理論分析、土工試驗(yàn)、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，圍繞巨型框架上部結(jié)構(gòu)-筏基-砂卵石地基共同作用的機(jī)理、影響因素及計(jì)算模型展開了系統(tǒng)研究。本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)進(jìn)行砂卵石土靜動(dòng)力特性研究和砂卵石土地基計(jì)算模型的研究。通過砂卵石土三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn)，分析砂卵石土的體變規(guī)律，通過砂卵石土動(dòng)三

3、軸試驗(yàn)，分析固結(jié)壓力、固結(jié)應(yīng)力比、振動(dòng)頻率對動(dòng)本構(gòu)關(guān)系、動(dòng)彈性模量與動(dòng)阻尼比的影響規(guī)律。其中，進(jìn)行鄧肯-張模型對砂卵石土的適用性分析，建議采用雙線型關(guān)系表達(dá)泊松比;建立了砂卵石土最大動(dòng)彈性模量與最大阻尼比計(jì)算的數(shù)值方程；對文克爾地基模型進(jìn)行改進(jìn)，確定了砂卵石土地基模型計(jì)算的數(shù)值參數(shù)。
　　 (2)進(jìn)行砂卵石土地基上的筏基計(jì)算研究。分析了薄板小撓度理論建立的地基上的板的基本方程與文克爾地基上正交各向異性板的有限元法，針對薄板理論、

4、中厚板理論、空間彈性理論，建立三種筏板計(jì)算數(shù)值模型并進(jìn)行共同作用數(shù)值計(jì)算，對比分析不同計(jì)算理論對筏板變形與內(nèi)力的影響，提出采用各計(jì)算理論的應(yīng)用條件。
　　 (3)進(jìn)行砂卵石土地基與筏基共同作用的非線性研究。對砂卵石土地基、筏板的鋼筋混凝土材料及兩者接觸的非線性進(jìn)行了理論分析，通過ANSYS算例數(shù)值分析，對比各部位采用非線性計(jì)算的結(jié)果特征，表明在共同作用分析中最好同時(shí)考慮地基與基礎(chǔ)兩者的非線性，而簡化分析過程，應(yīng)首先考慮地基土的非

5、線性。
　　 (4)巨型框架結(jié)構(gòu)-筏基-砂卵石地基的靜力共同作用數(shù)值分析。建立了在豎向靜力荷載下的共同作用數(shù)值模型，分析共同作用中的巨型框架結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性，以地基條件、筏板厚度、筏板計(jì)算理論、次框架結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行靜力共同作用影響分析。其中，提出底部次框架結(jié)構(gòu)可改善基礎(chǔ)不均勻沉降的作用機(jī)理；提出共同作用中的筏板基礎(chǔ)存在一個(gè)最佳厚度；闡述了地基剛度增加使得共同作用效果愈加不顯著的結(jié)論，而且地基整體變形決定基礎(chǔ)的沉降，局部變形決定筏板的

6、應(yīng)力分布。
　　 (5)巨型框架結(jié)構(gòu)-筏基-砂卵石地基的動(dòng)力相互作用數(shù)值分析。對地基地震波的有限元計(jì)算范圍及邊界截取進(jìn)行分析，依據(jù)人工邊界的數(shù)值模擬，確定粘彈性邊界計(jì)算精度與計(jì)算區(qū)域，同時(shí)進(jìn)行上部巨型框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡化模型研究，通過地震作用上部結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算分析了次框架對巨型框架結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。通過地震作用下巨型框架結(jié)構(gòu)-筏基-砂卵石地基的相互作用數(shù)值計(jì)算，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互共同機(jī)理分析。其中，提出次框架的剛度增大效應(yīng)與相互作用中