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本课题主要研究桩基础、地基土对上部结构动力特性影响的问题。
本文以NASTRAN大型通用有限元软件为分析平台,在考虑桩-土-结构相互作用的情况下,对大型薄壁钢筒体结构的动力性能、地震作用下筒体的反应和材料的强度问题进行研究。
目前关于此种筒结构的抗震设计都是基于刚性地基的假设,即假定结构物遭遇地震时,简体底部位移与自由场地一致。然而,实际地震中,由于上部结构的反馈作用,使桩、地基和土体发生变形,引起桩基相对于自由场地的平移与转动,从而改变上部结构的动力特性。
因此,对于大型薄壁钢筒结构,尤其是软土地基上的大型薄壁钢结构筒体,地面以上高度40米,底面半径仅6米的圆筒柔性结构。抗震设计时有必要考虑桩-土-结构相互作用对结构地震反应的影响。而桩基础又是目前软土地基上的高耸建筑通常采用的一种基础形式,基于上述原因,本文针对桩一土一结构动力相互作用对结构的地震反应特性进行了研究。本文所做的工作主要有以下几个部分:
1.本文以地震作用下的桩一土一结构体系为研究对象,论述了桩-土-结构体系地震反应的时程分析方法,探讨了桩-土-结构动力相互作用体系的有限元建模、系统运动方程的求解。
2.根据有限元理论,对脱硫塔结构进行有限元建模,在通用有限元分析软件NASTRAN上建立了两种模型:不考虑桩-土-结构共同作用和考虑桩-土-结构共同作用桩基础筒体的有限元模型和刚性基础筒体的有限元模型。土体部分简化为弹簧单元,为保证计算结果的精度,上部结构不再作任何简化。
3.本文针对土一桩基一筒结构进行算例分析。通过模态分析,常遇、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,与刚性地基基础假定情况下的结构计算进行了分析比较,分析了桩-土-结构动力相互作用体系对上部结构的动态受力的影响情况,包括结构的振型、周期、位移、内力等动力特性及地震反应行为。通过分析比较,认为此类结构在地震动作用下,共同作用的影响不容忽视,得出一些有益结论。