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《湖南大学》 2003年
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层状场域内上、下部结构动力相互作用分析及其优化设计

熊辉  
【摘要】: 广大研究者和工程技术人员在实践中已经意识到将上部结构和基础考虑作为一相互作用的整体来进行设计的必要性和优越性,无论是对于静力还是动力特性研究,群桩-土-结构作为一个共同体计算出来的结果不仅与通常的固定基础(不考虑相互作用)假设所得有较大出入,而且不同土层土质、群桩属性条件下的相互作用体系所表现出的受力与变形特点也不尽相同。在遭受水平地震作用时的上、下部相互作用的抗震设计中,结构工程与岩土工程对这一领域各自有所偏重,前者较为关注其上部结构的惯性反馈相互作用,而后者则更加关注的是其桩土基础子结构的刚体相互作用,但场地土在抗震工程中的双重作用均是不可忽视的。本论文工作将围绕地基-基础-上部结构共同作用这一课题作进一步探讨,侧重于水平地震作用下层状地基土中的桩基-建筑物的动力相互作用的研究,为实践应用提供了适合于工程目的的、比较简捷的实用计算方法,亦拟为没有明确规范指导的桩(土)基础-结构抗震设计提供一定的理论依据和设计建议。本文共分为六章: 1.通过对大量相关文献的概述总结,分析了国内外开展土-结构物共同作用研究的现状及其发展水平,评述了已有研究工作成果的局限性及优缺点;提出了本文针对桩基上下部结构体系所采用的理论分析途径和基本框架思路。 2.建立了以适应工程需要的基于二维平面动力分析的简化整体有限元模型;提出了能有效考虑桩尺寸效应的桩-土无单元划分技术,在考虑了模型的边界效应、桩基的水平动力特性和桩土界面的滑移、接触非线性行为的基础上,从时域内较为全面的研究了层状土域中桩基上下部结构的惯性相互作用和运动相互作用两种基本效应。 3.建立了时域内的桩-分层土-框架结构的三维全域内的动力非线性分析模型,对不同工况地震作用下(诸如不同地震波输入、土的弹性与弹塑性以及桩土接触等条件)的地基土-桩基-上部结构共同作用进行了较全面的场动模拟。该方法的最大特点是结合近、远场域的有限单元网格渐分技术,通过边界三维弹阻单元的设置,可以突出再现上、下部共同作用体系在地震作用下的全时程线性、非线性反应特性,从而为精确开展各类结构动力相互作用的设计与试验测试奠定了一定的理论基础。 4.针对在处理多桩数以及不同型式群桩时,数值解析方法存在的复杂性、适用性等问题,本文以动力文克尔梁模型为基本理论,利用基于Haskell-Thomson 理论的传递矩阵法,给出了分层地基中单桩在轴、横多向受力条件下的力与位移 动力相互关系的显示表达。在改进了Gazetas均质土中的桩一土一桩相互作用三步法 计算模式的基础上,考虑了轴向力系影响,分别提出了桩顶谐振条件下以及水平 地震作用下计算层状介质中动力相互作用因子的新方法,进一步地扩展了群桩- 土相互作用简化方法的应用范围。现有文献中尚未见这方面研究成果的报道。 5.利用层状介质中桩一桩动力相互作用因子分析,获得了任意构型、桩数、 土层属性下的群桩系统阻抗反应;基于共同作用理论,本文导出了时域中上、下 部相互作用动力平衡方程式。基于该方程式,考查了场地土层、桩距径比特别是 群桩布置等诸多因素对于桩一土一结构体系的影响,对水平地震作用下群桩一土一上部 结构的混合时域、频域内反应特性进行了较全面的分析;基于复形调优法,利用 群桩动力阻抗的频域相关性,以体系周期为基本目标函数,提出了群桩多维极值 条件控制下的抽桩动力优化设计方法;并编制了群桩一分层土一上部结构的动力相 互作用分析及优化设计程序。通过实例分析表明,在带桩结构工程中应用该程序 进行抗震作用下的动力计算是简单可行的,同时也为桩基承载结构设计提供了一 种新的思路。 6.给出了一系列有关上、下部结构共同作用的对比算例和工程实例数值分 析,总结出各参与要素对动力相互作用体系地震响应的作用规律,并探讨了桩- 土一上部结构共同作用程度的简单判别方法;此外还得出了一些结论,为在抗震设 计中较精确地考虑上、下部结构共同作用提出了一些建议,亦为抗震规范的进一 步修订提供了一定的理论依据。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TU470

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 王赞芝;胡如成;张鹏;吴辉琴;邓宇;叶雁冰;黄世斌;陈劲飙;;多跨连续梁弯曲自由振动的波动解法[J];四川建筑科学研究;2010年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 张翠然;陈厚群;涂劲;;频率非平稳对大岗山拱坝非线性响应的影响[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
4 龚亚琦;陈琴;崔建华;;坝体—地基—库水体系的动力有限元分析及其工程应用[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
5 李同春;朱寿峰;赵兰浩;胡继刚;;考虑坝体与坝肩动力相互作用的坝肩稳定动接触降强算法[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
6 谯雯;刘国明;;基于黏弹性人工边界的防洪堤动力有限元分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
7 刘自成;廖小康;刘大兵;李国栋;;井塔变形分析及控制技术研究[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
8 张伯艳;陈厚群;;拱坝坝肩抗震稳定分析[A];计算力学研究与进展——中国力学学会青年工作委员会第三届学术年会论文集[C];1999年
9 周坚;邓思华;;高层建筑悬挂结构体系的动力性能研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
10 熊仲明;赵鸿铁;;边界元特解样条函数在上部结构—桩—土共同作用下的应用[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 折勇;直角域中圆形夹杂与裂纹反平面动力的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 王学庆;考虑土—结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 杨庆年;武汉地铁车站深基坑变形特性分析[D];华中科技大学;2010年
5 徐玉胜;大能量强夯置换法处理深圳地区软土地基的应用研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
6 宋兵;桩侧摩阻力特性的研究[D];华南理工大学;2010年
7 马立峰;动荷载条件下多年冻土区斜坡路基稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
8 姚锦宝;考虑土—结构动力相互作用的轨道交通引起的环境振动及隔振措施研究[D];北京交通大学;2010年
9 吴云龙;GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理研究[D];武汉大学;2010年
10 张帆;基于MPI和GPU直流电法和大地电磁法三维正演的并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马宗锋;地铁车站深基坑分步开挖数值模拟分析[D];山东科技大学;2010年
2 张泽;大台煤矿深部原岩应力场及岩爆地质力学成因分析[D];山东科技大学;2010年
3 赵文娟;采动围岩运动规律与断层活动性的研究[D];山东科技大学;2010年
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6 刘北战;降雨入渗条件下新邱区中南公路边坡稳定性分析[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 姜连军;大唐国际胜利东二号露天煤矿采场边坡稳定性分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 王涛;大峪沟—三架岭引水隧洞围岩稳定性分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
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10 王晓华;辽西风积砂土振动液化的试验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李辉,刘立平,赖明;基于地面地震反应输入的自由场地震反应分析[J];四川建筑科学研究;2004年03期
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8 王前信;伍国騆;李云林;;拱式结构对地震多支点输入的反应[J];地震工程与工程振动;1984年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈清军;赵云峰;王汉东;;不同基础形式下的结构地震动输入研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
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中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 郭华;高层建筑结构有限元分析[D];太原理工大学;2004年
2 杨随新;基于边界元和有限元相结合的地基-框架结构动力相互作用分析[D];湖南大学;2004年
3 韩军;带深桩基础高层建筑结构地震动输入问题研究[D];重庆大学;2004年
4 武芸;大比例土—桩基—框架模型动力相互作用试验模拟分析[D];湖南大学;2005年
5 王晓;变剪模半空间上基础竖向振动分析与土动力特性试验研究[D];湖南大学;2005年
6 张育乐;大型桩土动力相互作用的非线性分析[D];西安理工大学;2006年
7 杨小卫;桩—土—结构动力相互作用的数值分析[D];武汉理工大学;2006年
8 彭潇;基于土—结构动力相互作用的多高层结构地震反应分析方法研究[D];湖南大学;2006年
9 鲍宸民;考虑土—结构相互作用的斜拉桥地震反应分析[D];苏州科技学院;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 解振涛;张俊发;高永昭;库新勃;;高层建筑结构的输入地震动问题探讨[J];四川建筑科学研究;2007年S1期
2 解振涛;吴体;高永昭;张俊发;;采用有限元模拟自由场地震响应的探讨[J];四川建筑科学研究;2009年05期
3 陈江;;基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析[J];水利与建筑工程学报;2010年02期
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6 周芬;尚守平;杜运兴;;有限元建模对结构自振频率计算的影响[J];湖南大学学报(自然科学版);2006年05期
7 张巍;陈清军;;土桩结构非线性相互作用体系行波效应的并行计算分析[J];湖南大学学报(自然科学版);2012年06期
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9 薛素铎;孙艳坤;李雄彦;栾小兵;;考虑土-基础-结构相互作用的网架结构地震响应分析[J];建筑结构学报;2010年S2期
10 周世良;吴飞桥;李怡;;基于桩-土相互作用的内河架空直立式码头地震响应分析[J];水道港口;2010年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余宽;土—结构动力相互作用下的车—桥系统耦合振动分析[D];中南大学;2011年
2 陈飞;地铁车站结构地震响应有限元分析[D];三峡大学;2011年
3 吴霞;考虑桩箱—土—结构相互作用的结构振动控制研究[D];兰州交通大学;2011年
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5 徐明磊;双铰底板式船闸闸室结构与土体的动力相互作用[D];河海大学;2007年
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7 史海霞;首都圈地区地震动场地效应研究[D];中国地震局地震预测研究所;2008年
8 李强;基于桩土相互作用的自升式平台桩靴强度研究[D];大连理工大学;2008年
9 景守军;场地土对小高层框架混凝土结构基频影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 党慧慧;跨海大桥下部结构地震效应分析[D];武汉理工大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 杨涵如;徐俊;;新湖大桥主桥水中灌注桩施工控制[J];山西建筑;2008年32期
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4 贺翀;闫静雅;;群桩周围沉降场的计算方法[A];第十一届全国土力学及岩土工程学术会议论文集[C];2011年
5 江浩;汪稔;吕颖慧;孟庆山;;钙质砂中群桩模型试验研究[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
6 戚玉亮;冯紫良;余俊;刘成;;泰州大桥北塔群桩基础三维动力非线性抗震计算研究[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
7 徐东强;李静;;Y形夯扩成孔灌注桩群桩的有限元分析[A];岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
8 李富荣;陈国兴;王志华;;考虑动水压力影响的桥梁大型群桩基础地震反应分析[A];第三届全国防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2007年
9 李富荣;陈国兴;王志华;;考虑动水压力影响的桥梁大型群桩基础地震反应分析[A];第三届全国防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2007年
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3 记者 施晔通讯员 陈红飞;大桥合龙进入倒计时[N];南通日报;2007年
4 ;自主创新破解四大建桥难题[N];南通日报;2007年
5 本报记者 陆天荣;世界桥梁的珠穆朗玛峰[N];苏州日报;2007年
6 本报记者 严冰;中国成为世界桥梁建设强国[N];人民日报海外版;2008年
7 郁进东;苏通大桥正式通车[N];经济日报;2008年
8 记者 冯欣楠;苏通大桥诞生四项世界纪录[N];长江日报;2007年
9 驻沪记者 赵虎;苏通大桥成功合龙[N];中国水运报;2007年
10 蒋勇;苏通长江大桥顺利合龙[N];建筑时报;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 李甲宝;高墩多塔斜拉桥不等长群桩基础研究[D];湖南大学;2011年
3 杨枭;群桩基础在荷载作用下的力学问题与沉降理论分析[D];重庆交通大学;2012年
4 姚晓;隧道施工对邻近建筑群桩基础影响研究[D];广西大学;2013年
5 纪树岩;群桩的一维地震作用研究[D];济南大学;2010年
6 姜勇;超长群桩基础力学性能模拟分析[D];兰州交通大学;2013年
7 徐庆国;京沪高速铁路群桩基础沉降变形特性研究[D];中南大学;2013年
8 樊继营;水平偏心受荷群桩中桩—土—桩相互作用研究[D];浙江大学;2013年
9 何少华;后压浆高承台群桩基础的承载特性研究[D];湖北工业大学;2013年
10 方翔宇;河流冲刷对铁路走行安全性的影响研究[D];北京交通大学;2013年
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