基于PUSHOVER分析的群桩-土-结构动力相互作用.doc

湖南大学硕士学位论文基于PUSHOVER分析的群桩土结构动力相互作用姓名：邹琼申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：熊辉；何放龙20110531 幕于 分 析 群 桩 十 结构 动 力 相 互 作用 甌 簍 ， 猙 ， 基 于 分 析 群 桩 士 结构 动 力 相 互 作用 基 于 分 析 群 掂 土 结构 动 力 相 互 作 用展到 了 非线性 问题 。土 一结构 动 力 相 互 作 用 的 分 析 方法有很 多 种， 用 于 求 解的 方法各种各样， 许多学者 对此 做 了 大 量 的 研 究 和试 验， 大 致 可以 分 为 理 论 分 析 方法和试 验方法。 动 力 文 克 尔 地 基 梁 法的 作 为 基 本假 设 ， 在地 基 中 桩 是 用 梁 单元 来模 拟 的 ， 桩 周 土 对桩 的 作 用 采用 离散的 弹簧 系 统 模 拟 ， 其 中 多 层 土 中 的 各层 土 的 反应 是 与其 他 土 层 无 关的 。 动 力 文 克尔 地 基 梁 法假 设 忽 略 了 土 层 之 间 的 内力 传递， 但 对于 桩 的 水平向静 力 和动 力 反应分 析 还 是 一种比 较有效 的 分 析 方法。 土 结 构动力 相 互 作 用 的分 析 模 型 主 要 有 以下几 个类 型 ： 对土 结 构动力 相 互 作 用 进 行 非线 性 或 弹 塑 性 分 析 较 少， 并 且 进 行 的弹 塑 性分 析 集 中 在 模 型 的简 化等方 面， 在 结 构体系处 于 弹 塑 性 状态 的性 能研 究 较 少， 另 在 土 结 相 互 作 用 分 析 中 对上部 结 构常 采 用 层 模 型 等简 化模 型 。 层 模 型 虽 然受力 特 性 。 下达到 预 期 的 性能 位移目 标 。抗 震分析方法 的 发 展 及研 究 现 状抗 震分析方法 的 优 势 及待 解 决 的 问 题 基 于 分 析 群 桩 峁苟 疛 相 互 作用 本文 的 主要 研究 内容第 三章先 介 绍 了 静 力非 线性 分 析方 法 的 一 些基 本理论问 题 ，并 大 概叙述 了 通 过 蟹 治鍪 钡 牟 街 瑁 婧 笸 砑 对 一 栋 层 框架结构 分 别 基 于 刚性 地 基 、 基 于 鼗 偷 膍 法 桩 土 结构 线性 相互 作用 及 用 等 代刚度 弹簧 单 元 模 拟桩 一 土 之间 非 线性 相互 作用 三种 地 基 情况在 地 震 作用 下 体 系的 反应情况，对 其 进行 对 比 。 并 对 第 三种 地 基 形 式 进行 动力分 析，其 中用 弹簧 阻 尼 单 元 模 拟桩 土 之间 非 线性 动力相互 作用 。 最后 对 相互 作用 分 析可能有影响的 上 部结构 不 同 混 凝 土强 度 等 级 引 起 的 刚度 变 化 对 相互 作用 体 系的 影响，并 对 其 规律进行 了 总 结。 基 于 分 析 群 树 十 结 构 动 力 相 互 作 用 子结 构 模 型 【 】特 性的差异 ，将自 由场地根据 实际 土层 情 况划 分 为 若 干 水平土层 ，各 土层 质量集 基 于 分 析 群 树 土 结 构 动 力 相 互 作 用分 析 中比 较 重 要 的方面 ，必 须进行适当 的考 虑。目 前 适用范 围最广 的文 克 尔 模 型是 一 种最简单的线 弹性地基 模 型 ，该 模 型 通 过 用离 散 的弹簧 模 拟土体对 桩 基 的作用力 ，后 来 通 过 研究被 桩 土 结 构 的动 力 反应 分 析 采用，动 力 文 克 尔 基 础 上的梁模 型 就是 的出 来 的。在 动 力 文 克 尔 基 础 梁中，真 实土体是 忽略 不 计 的，土体对 桩的作 用采用力 学 元 件 弹簧 、 阻尼 器单元 替 代 。力 学 元 件 弹簧 的刚 度系数 和阻尼 器的阻尼 系数 的确定 是 动 力 文 克 尔 基 础 梁中最为 重 要 的环节。簧 受力 时 ，该 弹簧 是 独 立于 其他 弹簧 单元 的，该 弹簧 所产生 的弹簧 力 是 与 其位 移它 还 是 比较 接 近 实际 情 况的结 果的。在 进行系数 确定 时 桩 的水平荷 载试 验 资 料可以作 为 经 验 值 对 弹簧 刚 度系数 进行推 算 ，这 样的话 接 近 实际 的地基 反力 系数 。土抗力 函 数 的表 达 式为 】： 的 。下 面 分别 介绍 单 元分析 模 型和 整 体 分析 模 型。杆 系有限单 元模 型在考 察结构 整 体 的 地 震反 应 时 又 能 查 看 到结构 体 系的 单 元构 件 基 于 分 析 群 桩 十 结构 动 力 相 互 作用公 司开 发 研 制 的 通 用 结以 只需在一 个 节 点处 进 行绘 制 。用 自 如 。 其 中比 较 常 用 的 有分 析 、 阶段 施工 分 析 、 线 性 及 非 线 性 时程分 反 应 谱 振 型组 合得 到的分 布 方 式、用 底 部剪 力法 得 到的分 布 方 式等 。 毒 坐 。 琱 从 而得 出 荷 载 的 水 平 分 布模式 。乞。 大 部 分 的 工 程均 采用倒 三 角 分 布的 加 载 模式 进 行分 析 计 算， 对于 在结 构 的 地 这条 曲 线 的 含 义 在 于 可以 得 出结 构 在 地震作 用下的 抗 侧向力 的 能 力 。折 线 化 后 的 恢 复 力 模型，由 静力 弹塑性 分析 可以 得 到 结 构 体 系的 层 间 剪力层 间 位移关 系曲 线 。 齋 中的 已 有 单 元 对结 构 和 构 件 进行 建模。 基 于 分析 群 桩 士 结 构 动 力 相 互 作 用 根据需要 可以 得 到 以 下结 果 ： 绘 制 曲 线 、 显 示 塑性 铰 的 发展 按 需要 修 改模型并 重复 。对应 于 “ 直接使用 图 塑性 铰 的 力 位移曲 线 处 设置 剪 切铰 。 分析 一般 包 括了 多个分析 工 况 ，一般 情 况 下 分析 由 重力 荷 载制和 位移控 制。 基 于 分析 群 桩 十 结 构 动 力 相 互 作 用采 用能 力 谱 法 进行 抗 震性 能 评 估 。 能 力谱 方法 丝 。 所示 。 ，乏图 标准 反 应 谱 转 换 为 模式 的 需求谱 、 来 评 估 ，如下式 所示 ： 。，图 反 应 谱 折 减用的 阻尼 转 换 浩 ，表 示 结 构 耗 能 能 力 不 佳。 现 存 老 建筑 俜直七 磍 、 痵 。 和 跟 最小 容许值微 结 构 行为 类 型能 力 谱 与 需求谱 放 在 同 一个 图 上 ，如图 所示 ，两 组 曲 线 有 个交汇 点 ， 基 于 分析 群 桩 十 结 构 动 力 相 互 作 用 将结 构 反 应 谱 转 换 成 格 式 。 将能 力 谱 曲 线 简 化 为 双折 线 ，使得 双折 线 与 能 力 谱 曲 线 所围 两 块 面 积 大 致 如果 需求谱 和 能 力 谱 的 交点 在 容许范围 以 外 ，则需要 重新选择 性 能 点 ，与 规 范所规 定 的 允许值进行 对比 ，从 而 可以 评 估 结 构 的 抗 震性 能 是否满 足 抗 震要： 能水准 下的 允许 弹塑 性变形 。 目标 位 移法半 径 为 痵 。根据 建筑 抗震 设 计规范 情况 。 图 结 构 立 面图 仅 一 所 在 场 地土层的 厚 度 ；系 的 地基基础， 处 理 办 法 是 用 框架 梁 单 元 模 拟桩 基， 采 用 弹簧 单 元 模 拟桩 周土对中 的 慈范 疚 娜 痬 渲型 敛 愫穸 任 阻尼 系 数 可 以根据 下列 公式进 行 计算： ： 位 移 粉 土； 松 散 粉 细砂 ； 可 塑 状 黏 性土、 湿陷 性黄土； 粉 土： 中 密 填 土： 稍 密细砂中 密 、 密 实 的 砾砂 、 碎 石 类桩 基深 度 表 图 嗷 饔 锰 逑 的 屯 考 虑 非线 性作 用 体 系 模 型 ， 可 以从 表 取得 水平 地震 影响 系数 最 大值 尽 ！ 担 苯 峁 乖馐 、 群 庇 龅卣 鹗 保 卣 髦 芷 谠黾 覱 罕 遇 地震 船 害皇 駆瘛 兽 幼器 氲 锄 一京蝎值蜊 蚓 帕 甽 甀 翳 由 以上 数 据 及图 可 得 出 以下结 论： 基于 分 析 群 桩 十 结 构 动力 相互作 用 图 =峁 怪 崃 袅 巴 渚赝 迹煌 为结 构 各 层的 位 移情 况 。从 上图 可 以得 知， 考 虑 桩 土结 构 相互作 用 的 结 构 体 系 的 内 力 比 刚 性地基结 构 体 系 要小 ， 考 虑 桩 土结 构 相互作 用 的 结 构 体 系 的 位 移均 大 于刚 性地基结 构 的 位 移， 这是 由 于考 虑 了 桩 土结 构 相互作 用 体 系 的 刚 度 相对 于刚 性地基来 说 较小 。在 动力分 析 下的 考 虑 桩 土非线 性作 用 的 结 构 体 系 内 力 值 相对 于桩 土线 性相互作 用 体 系来 说 增大了 大约 ， 由 于结 构 体 系周期的 增长， 各 层位 移相对 于刚 性基础和 第 二 种 基础来 说 第 三 种 基础偏大 。 摹于 分 析 群 桩 十 结 柯 动力 相互作 用桩 料 咝 宰饔 锰 逑 瞪喜 拷 峁 共煌 诺 燃 痘 准 袅 阄灰 萍 靶 阅艿 鉺 彗 籆 疘 。 剿 甇 地震 波作 用 下上 部 结 构 砼等级 不 同时 框架 结 构 的 基底 剪 力 与 顶 点位 移 “： ！ 甀 ！ 啤璉 ； 从 世 纪 九 十 年代 至今， 非线 性时 程 分析 方法的 研 究 是 一 个 较 为 重 要 的 课 题 ，非线 性时 程 分析 主 要 步 骤 是 首 先 将建 筑 物 看 作非线 性振 动 体 系 ， 选择 合适 的 几 种地 震 波输 入 后 通 过 各 种 方法建 立 求 解 方程 ， 可 以 得出 结 构 在 地 震 波作用 下 的 位移 、速 度 及 加 速 度 时 程 曲 线 ， 从 分析 结 果 可 以 得到 结 构 在 罕遇地 震 作用 下 结 构 构 件 在弹 性及 弹 塑 性变 形 阶 段的 反应 情 况， 并 能 够 得到 结 构 构 件 的 破坏 全 过 程 ， 可 以 很行 滤波及 调 零 以 排 除 干 扰信 号。 关 参数 ， 并 且 从 以 前 的历 史资 料中得到 建 筑 所在地或 附 近 地区的历 史地震记 录，基本 动 力方 程的求 解【 】用 时程分 析 法 进 行结构 抗 震设 计 时， 需列 出 该 结构 体 系 的动 力 方 程：混 凝 土 框 架 ， 结构 层 高均 为 嵯 蚩 缍 任 】蚣 芰旱 某 叽 缥 硕 学 位 论文 甀 加 疘 三 种地震波 作用 下 框 架 结构 的基底 剪 力 及 顶点 位 移 硕 学 位 论文藿蝴方 法 框 架 结构 基底 剪 力 顶点 位 移 曲线 基 于 分 析 群 桥 十 结构 动 力 相 互作用 硕 十 学 位论文 摹于 分 析 群 树 士 结构动 力相互 作 用凝土 强 度 等 级 ， 得出的 结果 可以看 出随 着 上 部结构的 混 凝土 强 度 等 级 增大， 基 底所 承 受 的 剪力值 是 增大的 ， 顶点位移变 小 ， 这 是 由于 上 部结构混 凝土 强 度 等 级 较高 的 体 系刚度 较 大； 另 外 混 凝土 强 度 等 级 较 高 的 结构体 系桩 底处 塑性 铰 相对 于 较低 的 混 凝土 强 度 等 级 结构体 系来 说较 多 ， 并 且上 部结构混 凝土 强 度 等 级 相差较 大时 ， 对 整个桩 土 结构相互 作 用 结构体 系的 影 响 越 大。 ， ， ， 甌 ， 瓺 瓵 甅 瓵 瓵 糴 【 】 李辉 ， 赖明 ， 白绍 良 土 峁 瓜 嗷 饔 醚 芯孔凼 重庆建 筑 大 学 学 报 ， 基 于 分析 群 桩 十 结 构 动 力相互 作 用 【 】【 】 甀 珹 琈 珻 硕 十 学 位 论文【 】 武 芸 大 比 例土 桩基 一 框 架 模型 动