强震作用下桩-土-结构相互作用体系平面非线性分析研究

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大量研究表明,考虑地基-基础-上部结构动力相互作用对结构物的动力特性具有重要的影响,其地震响应将发生显著的变化,对于不同的土层和不同上部结构形式,相互作用体系所表现的受力和变形特点也不相同。传统的抗震设计方法都是假定地基为刚性,当地基刚度很大而上部结构刚度很小时,这种假定在工程精度范围内是合理的,但当建筑物刚度与地基刚度较为接近或相差不大时,这样的假定对上部结构反应将产生较大的误差。带桩基础的多高层结构是工程实践中广泛应用的结构形式,对带桩基础的多高层结构进行桩-土-上部结构地震反应分析方法研究是非常有意义的重要课题。本文在前人研究成果的基础上,修正了一种新的土体本构模型,并利用ANSYS分析程序对桩-土-结构体系进行强震作用下的有限元数值模拟分析,研究了其地震反应方法及规律,主要内容如下:(1)首先是整理收集了本课题相关资料,把国内外开展土-结构动力相互作用研究的现状和发展水平一一介绍,归纳概括了桩-土-上部结构动力相互作用的研究方法。(2)确定土-结构动力相互作用体系有限元分析的解决方案,其中包括建立运动方程,求解非线性动力方程,选取有限元模型分析时采用的单元,地震动的输入方法,划分网格大小,土体边界采用粘弹性人工边界,考虑模型阻尼等。(3)本文在前人基础上,引入中主应力对土本构模型的影响来修正Drucker-Prager本构模型,实现修正的Drucker-Prager本构模型在ANSYS中的应用,并验证该模型的可行性。(4)建立桩-土-上部结构相互作用体系二维分析模型。上部结构采用框架、框架-剪力墙和剪力墙三种结构体系,框架结构体系(5层、10层)、框架剪力墙结构体系(10层、20层)和剪力墙结构体系(10层、20层),在Ⅱ,Ⅲ类场地上进行非线性地震反应分析,对结果进行规律性总结和归纳,与现有的抗震规范相比较,得出一些对实际工程设计施工有意义的建议。
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