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上部结构—筏板基础—地基土相互作用的有限元分析

谢晨智  
【摘要】: 近年来,上部结构-基础-地基相互作用问题的研究已经从核电站、高层建筑、水坝扩展到大型桥梁、地下结构及生命线工程等众多领域,相互作用的研究已成为当前结构、岩土工程领域关注的课题之一。由于实际建筑物都是由上部结构、基础和地基组成的完整系统,三者之间是相互影响共同作用的,而在以往的常规设计中,将上部结构看成是柱底固定的独立结构进行计算,不考虑上部结构、基础和地基之间的相互作用,与实际结构的受力与变形存在较大差异,使设计的结构不安全或不经济。因此,如何发展一种共同作用实用的、有效的和可靠的理论和数值分析方法,充分认识上部结构-基础-地基共同作用机理,从而改进目前广泛应用的常规方法,是目前研究的热点课题。 本文总结了国内外在上部结构与地基基础共同作用分析方面的研究方法和成果,首先,论述了共同作用的作用机理,分析上部结构、基础、地基的刚度形成及产生的影响效果,理论上阐述了上部结构-基础-地基相互作用体系的计算分析模型与分析方法;然后,通过选用合适的二维和三维模型算例进行有限元分析,并得出相关结论。论文主要进行了如下几个方面的分析工作: 1.通过ANSYS有限元分析软件建立二维模型,分析在重力荷载作用下,上部结构、基础、地基的刚度对相互作用体系内力与变形的影响; 2.通过ANSYS有限元分析软件建立二维模型,分析在重力荷载作用下,筏板基础的混凝土强度、厚度等因素对筏板基础的受力机制的影响,得出在进行筏板基础的结构设计时,如何合理地选择筏板基础地材料的分析。计算结果表明:筏板基础厚度与材料型号对筏板基础的受力性能影响具有一致性,筏板基础设计时的混凝土强度等级不应低于C30; 3.通过ANSYS有限元分析软件建立三维模型,分析上部结构-基础-地基相互作用体系在刚性地基与柔性地基条件下,通过改变上部结构刚度、基础参数等因素的情况下进行地震谱动力反应分析。计算结果表明:在动力作用下,柔性地基条件下结构变形较刚性地基条件下更明显,而柔性地基条件下具有内力重分布性质,而且上部结构、基础、地基的刚度的改变对相互作用体系内力和变形均有影响。 最后,在全面总结论文工作的基础上,提出该课题有待深入研究的若干问题。


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