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桩—土—上部结构动力相互作用简化分析方法研究

马文丽  
【摘要】:常规的抗震设计都是基于刚性地基的假设,即假定结构物遭遇地震时,基础的位移与自由场地一致。然而,实际地震中,由于上部结构的反馈作用,使地基发生变形,引起基础相对于自由场地的平移与转动,从而改变上部结构的动力特性。因此,对于高层建筑,尤其是软土地基上的高层建筑,抗震设计时有必要考虑土—结构相互作用对结构反应的影响。而桩基础又是目前软土地基上的高层建筑通常采用的一种基础形式,基于上述原因,本文针对桩—土—结构动力相互作用简化分析方法进行了研究。本文所做的研究工作主要有以下几个部分: 1.采用简单子结构法建立了桩—土—结构动力相互作用的计算模型。其中,地基土—桩系统采用弹簧、阻尼器以阻抗的形式作用在桩承台上,其阻抗值采用单桩阻抗和桩间动力相互作用因子求取;上部结构简化为质量串模型。 2.相互作用体系中,由于土与上部结构的阻尼特性相差很大,整个相互作用体系的阻尼矩阵非正交,从而使得求解困难。为此,本文基于上部结构具有正交振型的假设,采用振型分解法对耦联方程进行解耦。该法在求解土与结构动力相互作用问题时与基础固定时的频域分析一致,只需调整地震输入,就可得到问题的解答,使相互作用分析简化。 3.由于群桩阻抗具有强烈的频率相关性,当考虑上部结构的非线性时,桩—土—结构相互作用分析无法在时域内直接求解。为此,本文提出了群桩阻抗的集总参数模型,采用一系列与频率无关的弹簧、阻尼器对桩基阻抗进行模拟,从而使桩—土—非线性结构动力相互作用分析简便,能够直接与现有的时程分析方法相结合。 4.本文针对桩基—剪切型结构进行算例分析,以考察地震输入、上部结构刚度、高度以及地基土剪切波速对结构响应的影响。


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