桩土相互作用对大跨度结构不一致运动的影响分析

【摘要】：在地震动作用下,大跨度结构受力远比常规建筑物复杂,不仅仅是动力项的增幅和拟静力反应影响,甚至还有动力项与拟静力项的耦合作用。大跨度结构由于本身属性的特殊和其在国民经济中的重要性,研究其在震害中的表现是有必要的。随着科技水平的提升和跨海大桥、大型机库、体育馆等重大工程对理论要求的深入,我国对大跨结构的抗震设计从传统的一致输入到目前综合考虑波的衰减、结构跨度、行波效应等的不一致输入,上升到了一个新的高度。但是,大部分研究都针对结构体型,或是地震波的输入进行展开,将结构下部基础考虑进来的较少。事实上,大跨度结构由于体型的特殊和场地的限制,某些支座将被设计于软土地基中亦或是不同支点位于不同性质场地土。抗震分析时,将结构视为刚接基础或是输入地震波是采用一致输入明显都是不符合客观事实的。研究桩-土相互作用对大跨度结构不一致输入时的影响,于经济、政治都具有重要意义。本文主要研究内容有:(1)通过阅读国内外文献,掌握大跨度结构抗震研究的最新概况,深入研究桩土相互作用分析方法,思考如何将桩-土-大跨度结构作为一个整体进行研究。(2)介绍几种常见的大跨度结构不一致输入计算方法,并于大质量法的基础上推导出考虑桩土相互作用时的不一致输入计算方法;建立温克尔地基梁不考虑轴力时的动力微分方程,通过矩阵传递法求得单桩水平动力阻抗,并分析桩-土-桩之间相互作用因子,将单桩动阻抗扩展到群桩阻抗。(3)利用有限元软件ANSYS的APDL语言建立基础刚接与考虑桩土相互作用两种有限元模型,然后对比基础刚接与考虑桩土相互作用条件下大跨度结构不一致输入时的地震反应,通过与已有的理论成果对比验证模型正确性,对比两种模型中结构关键控制点的位移、加速度、弯矩变化。结果表明是否考虑不一致输入和桩土相互作用对大跨度结构的地震响应都有较大影响,同时考虑这两个因素是有必要的。(4)考虑桩土相互作用对大跨度结构抗震分析采用不同地震波、不同视波速以及多维地震波输入的影响,为大跨度结构在考虑桩-土相互作用时的设计提供一定的参考。