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我国地形以山地为主,占全国陆地面积2/3以上,全国很多城市依山而建。近年来,在我国西部大开发和水电建设的大力发展过程中,为了尽可能利用有限的土地资源,较多的建筑往往就是依山就势,采用半挖半填或只挖不填等方式直接修建在坡体上,这使得我国的山地建筑越来越多。我国现行抗震设计规范主要是针对水平场地提供建筑结构的设计依据,对非水平场地上的建筑结构没有明确的规定,相应的说明也比较模糊。本文重点研究考虑桩-土相互作用的山地建筑结构的地震响应,同时,对地震响应有限元分析过程中需解决的一些难点进行深入的研究与探讨。
(1)借助ANSYS有限元软件提供的APDL语言,成功实现土的等价粘弹性模型,算例表明:在动力作用下,采用等价粘弹性模型时,计算结果要明显小于线弹性模型,这主要是因为等价粘弹性模型充分考虑了土的阻尼效应。
(2)依据地震动的合成理论,利用FORTRAN语言编制地震动的合成程序,使计算过程中输入地震动尽可能满足当地场地条件要求。利用最小二乘法原理,对地震动从加速度到位移积分过程中的误差进行修正,算例表明,经修正后,加速度及傅立叶谱并没有发生多大的改变,但明显纠正了位移的漂移现象。同时,依据一维波动理论编制地震动的反演程序,并采用实例验证其程序的正确性。
(3)依据各种人工边界原理,利用APDL语言实现各种人工边界的施加方法。算例表明:粘弹性边界优于粘性边界,粘弹性边界充分考虑了地基弹性恢复力,在透射边界中,视波速的确定受人为因素的影响,在进行弹塑性地震响应分析时有可能出现计算不收敛现象。在地震动输入方式中,位移输入要优于一致加速度输入。
(4)利用有限元法,对比分析不同场地条件下桩在静(动)力作用下桩基内力,桩侧岩土体的抗力和推力分布,同时分析了桩顶受荷情况对桩顶位移的影响。
(5)对水平场地建筑结构和常见的三种山地建筑结构进行线弹性地震响应分析,得出桩和柱内力响应规律。
(6)对边坡体的存在形式(坡体距建筑结构的水平距离、坡高和坡角)对山地建筑结构地震响应的影响进行参数分析。