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如何解决地基不均匀沉降对上部结构产生的过大变形、裂缝、倾斜甚至倒塌等不利影响是工程建设和地基基础科学面临的重大问题。本文研究建筑结构地基不均匀沉降的关键成因、对上部结构的影响以及可以采取的控制措施,不但在科学上有重要的理论意义,而且具有重大的工程应用价值。 1.绪论。综述了国内外建筑结构地基不均匀沉降及其控制的研究现状和进展。分析了引起地基不均匀沉降的关键因素,结合我国建筑地基基础设计规范,介绍了减少基础不均匀沉降的各种控制措施。 2.地基基础不均匀沉降对上部结构静、动力特性的影响研究。静力影响:以某市少年宫“水晶石大厅”为例,应用有限元软件ANSYS,研究了地基基础不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响。通过几种典型情况分析,表明地基不均匀沉降方式及沉降量的大小对上部结构内力和变形有显著影响。动力影响:对某一高层结构模型建立三维有限元模型,并模拟基础差异沉降,进行了动力特性和地震反应分析,结果表明差异沉降对建筑物上部结构位移、加速度包络图及时程曲线有明显影响,且上部结构越高,影响越大。 3.模拟地基影响的三维弹性支承分析方法研究。提出了将地基(或基础)模拟为三维弹性支座的有限元分析方法,将上部结构和地基基础进行整体分析,考虑了地基不均匀沉降对上部结构内力、变形、周期、动力特性等的影响。以“水晶石大厅”整体模型结构为例,通过采用固定支座模型、竖向弹性支承模型和三维弹性支承模型分别进行了有限元计算,比较了地基不均匀沉降对底层各柱的附加沉降及上部结构内力、变形、周期、侧位移、加速度时程的影响,研究了三种分析方法的优缺点。 4.提出了一种新的建筑物纠倾控制方法,并进行了实验研究。对几种地基不均匀沉降方式进行了试验模拟,测试了各种地基不均匀沉降方式对上部结构内力、变形的影响;然后应用所提方法进行纠倾控制,再测试结构的内力及变形,证明了新的建筑物纠倾控制方法的效果及其合理性。仿真分析及试验研究结果验证了三维弹性支承分析法的合理性。 5.考虑地基土非线性弹性的分析方法研究。基于ANSYS的APDL语言,依据邓肯-张(Duncan-Chang)非线性弹性地基模型,开发了计算机仿真分析程序,可用于计算非线性弹性地基的差异沉降。讨论了在进行非线性有限元分析时存在的有关问题及修正方法。该程序考虑了施工逐级加载的作用,能动态修改岩土特性各参数,进行地基非线性计算,充分发挥了ANSYS强大的计算功能,可用于计算建(构)筑物的差异沉降量。