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饱和土地基—桩基—上部结构动力相互作用理论分析与试验研究

余俊  
【摘要】: 大量的理论分析和工程实践表明,在地基土质较软的情况下,地基-基础-上部结构动力相互作用对结构物的动力特性具有十分重要的影响,其地震响应将发生显著的变化。在以往关于土-结构动力相互作用问题的研究中,大部分工作是将土体作为单相的粘弹性连续介质模型。实际上,土为三相介质的复合体,饱和土则为土粒和孔隙水的二相介质。采用多相介质的土体模型更加符合实际,基于多相介质模型来研究土-结构动力相互作用问题近年来得到了越来越多的重视。本文工作围绕饱和土地基-基础-上部结构共同作用这一课题进行研究,着重研究饱和地基中桩在竖向、扭转、水平振动时桩动力阻抗解析表达式,通过理论分析和试验研究,深入认识饱和土地基-基础-上部结构动力相互作用机理,为实践应用提供指导,亦为考虑饱和土地基-桩基-上部结构动力相互作用的抗震设计提供一定的理论依据和设计建议。本文共分为五章,主要做了如下工作: 1、通过对大量文献的概括和总结,评述了国内外土-结构动力相互作用研究的现状,对地基-桩-上部结构动力相互作用的方法进行了归纳总结,分析了已有研究工作成果的局限性及优缺点。 2、基于Biot饱和土动力固结方程,考虑饱和土体径向运动的影响及桩土耦合条件,对饱和土层中端承桩竖向振动动力响应进行了较为严格的解析研究。在未引入势函数及积分变换条件下,求得了桩竖向动力响应函数,本文还将Novak薄层法思想引入到饱和土中桩竖向振动阻抗研究中,得到较为实用的简化解,这在本文中是首次得到。 3、对土层动力平衡方程进行求解并得到土体扭转振动位移形式解,依据平衡条件将该形式解耦合进桩身动力平衡方程,并通过对桩动力平衡方程的求解,得到桩顶转角和切向速度频域响应解析解。将Novak薄层法思想引入到饱和土中桩扭转振动阻抗研究中,得到较为实用的简化解,这在已有文献中未见报道。 4、分别用直接求解方法和势函数方法研究了饱和土中桩的水平振动响应,得到了桩顶水平阻抗、摇摆阻抗以及水平-摇摆耦合阻抗函数,并将Novak薄层法思想引入到饱和土中桩的水平振动研究中,得到较为实用的简化解,目前尚未见该问题的解析解报道。 5、饱和土-结构动力相互作用问题的研究中,由于试验的困难性,试验研究的报道比较缺乏,因而使饱和土-结构动力相互作用的理论分析缺乏充分的试验支持,限制了其在实际工程设计中的应用。因此本文的另一方面的工作是试验,对一个1:2的框架结构模型进行了顶层牵引激振、顶层机械激振以及爆破激振的试验研究,获得了大量数据,这些试验结果对认识饱和土地基-桩-上部结构动力相互作用机理和验证相互作用分析理论具有较为重要的作用。 6、在参考有关文献的基础上,提出了计算地基-基础-上部结构动力相互作用系统基本周期的简化计算公式。该公式计算得到的相互作用系统的基本周期与试验结果吻合良好。


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1 余俊;饱和土地基—桩基—上部结构动力相互作用理论分析与试验研究[D];湖南大学;2007年
2 卢华喜;成层地基—桩基—上部结构动力相互作用理论分析与试验研究[D];湖南大学;2006年
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