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高层建筑结构共同作用分析的有限元/无限元耦合分析模型研究

卢博  
【摘要】: 随着我国城市化进程的加快,高层建筑发展迅速,高度不断增大,体型日益复杂,使用功能逐渐综合化,对高层建筑结构的分析与设计提出了更高的要求。为了更精确的模拟高层建筑的实际受力性能,考虑结构一基础—土共同作用的方法逐步应用于工程实践,使高层建筑结构的分析与设计提高到一个新的水平。目前“共同作用”的方法主要包括子结构分析方法、有限元分析方法等。但均具有计算工作量大,土边界难于处理的弱点,一定程度上限值了“共同作用”方法的应用。 无限元方法发展于1973年,其通过映射函数的构建,实现了单元边界的无限延伸,适合于岩石、土等无限域的计算。一方面由于用有限的无限元模拟边界,解决了有限元计算中须截取足够大的土域从而导致计算量巨大的弱点;另一方面边界上的无限元能模拟应力在土域中的无限扩散,减少了人工边界给计算带来的误差。然而由于无限元起步较晚,目前的应用程度还有限。 本文应用有限元/无限元耦合分析理论,构建了高层建筑结构—基础—土共同作用的耦合分析模型,通过土域中边界上的无限元与内部有限单元的耦合,实现了高层建筑结构的共同作用分析,并编制了相应的程序,分别应用于高层建筑结构的静力分析和动力分析。通过与有限元结果的对比,验证了本文有限元/无限元耦合模型具有足够的计算精度,且达到的经济计算的目的,效果显著。同时为了本模型的实际工程应用,本文还进行了计算参数研究,计算了算例的不同参数的模型,研究确定了耦合模型中地基有限元区域的最佳范围,使实际分析中能更有效地构建计算模型,取得精度和工作量的最佳平衡。


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