南宁盆地地基—短桩—高层结构地震反应分析方法研究及应用

发布时间：2020-10-13 20:19

　　 短桩基础在南宁盆地的高层建筑中应用十分广泛,这与南宁盆地特有的地层结构有关,目前,已建成的此类项目多达数百栋,规模总值近千亿,但对于这类建筑物在地震荷载下的地震反应如何以及整体抗震方面是否有利等重大工程问题却一直悬而未决,且鲜有人研究,这主要与地震反应问题的复杂性和分析的难度有关。本文针对短桩基础-地基-高层结构体系,结合ABAQUS软件为平台的数值分析技术,提出了一种基于短桩基础-地基-高层结构共同作用体系的非线性地震反应分析方法,并以位于南宁盆地且具有代表意义的某高层住宅楼项目为工程背景,将之成功应用。该研究方法为短桩基础的设计和工程分析提供了较为明确的理论指导,研究结果对同类工程的抗震研究具有重要的借鉴价值,为重大工程问题提供了解决思路。本文的主要工作和创新之处有:(1)系统调研了南宁盆地的地质情况,总结出6种典型的地层组合模式,对南宁盆地各区域的黏土、粉土、圆砾、泥岩等土层的物理力学性质进行了较为细致的参数研究,为后续地震反应分析提供了基础数据。(2)基于数值分析技术,提出了一种能够考虑短桩基础-地基-高层结构体系共同作用的非线性地震反应分析方法,利用该方法能够有效地完成短桩基础建筑体系的整体性地震反应分析。(3)利用编制的Matlab程序,根据不同的超越概率,拟合出适用于南宁盆地地层条件的人工合成地震波。(4)提出了筛选天然地震波的实用方法,遴选了符合南宁盆地地层条件的天然地震波,并编制了地震波校正程序,对选取的地震波进行校正,结果表明:校正后的地震波有效地消除了速度和位移时程曲线的漂移问题。(5)利用Fortran语言编程对ABAQUS软件的接触单元进行了二次开发,并结合具体算例,验证了接触单元的有效性。(6)根据南宁盆地地质情况,挑选了最具代表意义的实际工程项目,构建了短桩基础-地基-高层剪力墙结构体系的三维有限元精细化分析模型,在罕遇双向水平地震条件下,完成了体系的非线性地震反应分析,主震方向为结构最不利地震方向,其中考虑的非线性因素为土体材料非线性和桩-土接触非线性,分析结果表明:南宁盆地的二元地层组合对高层建筑结构的抗震不利,短桩基础-地下室-高层剪力墙结构体系对抗震是有利的。(7)在罕遇双向水平地震条件下,考虑土体的材料非线性和桩-土接触非线性,分析了桩端土体和地下室侧面土体的参数变化对结构地震反应的影响,研究结果表明:桩端土的弹性模量对结构的地震加速度反应的影响最为显著;而地下室侧面土体的弹性模量对结构的地震加速度反应、位移反应和内力反应均有显著影响。(8)在罕遇双向水平地震作用下,研究了短桩-筏板-地下室-高层结构体系对周围土体非线性地震反应的影响,研究结果表明:与自由场的地震反应相比,短桩基础-地下室-上部结构体系的存在使得周围土场的地表结点加速度峰值和相对位移峰值都显著减小。(9)罕遇地震条件下,结合本文分析的工程项目,对高层剪力墙结构和短桩基础分别进行了抗震性能分析,结果表明:短桩基础-高层剪力墙结构体系的抗震性能良好。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU435
【部分图文】：

第一章绪论??１．１选题背景及意义??南宁盆地处在桂林－凭祥断裂带上（见图１－１），发生在这一断裂带上的地震具有以??下特点［５６’５７］：近场地震的震源通常较浅（一般多以震源深度１０公里左右的地震为主），??小震级，高烈度，对建筑物的破坏性强。??中国强霖及地芘带分布图?ｆ??：管‘＇?Ｚ??？ｔ－ｌｈ，：??蠡翥?Ｉ?ｆ?’?（公元前２３００年——公元２０００年）??图１－１中国强震及地震带分布简图（图片来源于《中国国家地理》第５７２期）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｓｔｒｏｎｇ?ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??南宁盆地地层属于较为特殊的二元地层［７７〃９’２（）７］，以南宁盆地一、二级阶地上的地??层组合为例，主要的地层组合模式是：硬黏性土层－软弱黏性土层或粉土层或粉砂层－圆??砾层－泥质或砂岩层，随阶地的逐渐抬高，上覆土层逐渐变薄直至下伏岩层直接出露地??表，南宁盆地的主要地层组合模型如图１－２所示。??：画：國：：國??１６?ｙ／ＡｙＺｗ／）?１６ｙ／／／／／／／／ｚ．?２７．：：：．?．．．．：．：．．：．．．?．：．??？?／?／?／?＾?／?／?／?／?

Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｅｎｅ?ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｄｕｍｐｉｎｇ?ａｃｃｉｄｅｎｔ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ｌｉａｎｈｕａ?Ｒｉｖｅｒ?Ｄｉｓｔｒｉｃｔ??２００９年６月２７日，上海闵行区”莲花河畔景苑＂小区内一栋在建的１３层住宅楼发??生了整体性倒塌，引起全国关注，事故现场照片如图１－３所示，此事故的调查结果显示，??预应力管粧基础在水平推力的作用下发生折断，导致整个高层建筑物失稳、倾倒。??上海莲花河小区事故虽然与地震荷载无关，但从中可以看出，在特定环境下，使用??粧基础的高层结构的整体性安全依然存在着较大的未知性，这也带给我们一种反思，那??就是使用短桩基础的建筑物，即便在竖向承载力方面能满足设计要求，但是，当短粧基??础承受较大水平力与弯矩作用时，比如地震来袭，使用短桩基础的建筑物，特别是高层??建筑物的地震反应如何，短粧基础建筑体系在整体抗震方面是有利还是不利等问题都是??未知的。“风险不可怕，怕的是风险不可控”，对于这些工程和科学问题，国、内外的研??宄非常少见

地壳的不断升高，加剧了河流的下切作用，随之在邕江的两岸逐渐形成了六级阶地（Ｉ？??ＶＩ），目前为止，第六级（ＶＩ级）阶地与邕江河床的高度差己经超过了?１２１米，南宁盆??地整体的地质构造格局如图２－１所示［１５１］。??南宁盆地的地形环境从整体上看是四周高，中间低，局部水平。地构造形式以褶皱??和断层为主，其中，褶皱多以向斜为主，呈纺锤状，大致沿东西方向延布，上部岩层的??倾角大多小于２１°，局部区域因断层切割的原因，导致岩层倾角增大，一般可达到２４°？??３１°之间，整个断层的两翼形态不对称，该区域次级褶皱构造比较发育。南宁盆地的断??层构造主要是正断层，少数为平移断层及逆断层，整体盆地的断裂大约有５８条，东西??方向大致有１６条，东北方向大致有２１条，西北方大致有２０条，不过盆地中的断层规??模一般都不大，规模最大的断裂有２处：南宁盆地北部的心圩－韦村断裂和西南部的龙??潭水库断裂。??ＩＯＨ＇?ＩＭＴ??＼?州市??巴。马?＼?？??３４春百色?＼?…??Ｎｙ＼?Ｎ?枝平??平〇果?＼??－２３?｜?Ｗ?宁市?＾?＂??玉林
【参考文献】

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1 高艳华;宋俊磊;潘旦光;吴顺川;;相邻建筑物结构-土-结构动力相互作用研究进展[J];科技导报;2015年24期

2 王辉;崔可锐;;宣城市工程地质分区初步研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2015年03期

3 孙德安;高游;刘文捷;韦昌富;张升;;红黏土的土水特性及其孔隙分布[J];岩土工程学报;2015年02期

4 张永军;李松;谢煜;;兰州城市区工程地质分区研究[J];兰州大学学报(自然科学版);2014年05期

5 张令心;王婷;董本勇;;远场地震动对高层建筑地震反应的影响[J];地震工程与工程振动;2014年S1期

6 李细光;严小敏;黄谦;陈艳;;南宁盆地Ⅲ级阶地变形及其成因分析[J];大地测量与地球动力学;2013年06期

7 孔令刚;樊继营;陈仁朋;陈云敏;;不同运动方向两桩间桩–土–桩相互作用[J];岩石力学与工程学报;2013年S2期

8 汪大海;刘飞;袁理明;;某不规则超限高层建筑弹塑性地震反应分析[J];建筑结构;2012年11期

9 高文乐;黄博;王晨;孔祥洋;;爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟[J];防灾减灾工程学报;2012年04期

10 宿金成;王幼清;;接触非线性对土-结构动力相互作用的影响[J];土木工程学报;2012年S1期

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3 武成浩;基于桩土共同作用理论的高层结构地震反应分析与抗震性能评估方法研究[D];北京交通大学;2010年

4 孔德森;桩——土相互作用计算模型及其在桩基结构抗震分析中的应用[D];大连理工大学;2004年

5 刘忠;单桩横向非线性动力响应简化分析方法研究[D];湖南大学;2005年

6 刘立平;水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析[D];重庆大学;2004年

7 肖晓春;地震作用下土—桩—结构动力相互作用的数值模拟[D];大连理工大学;2003年

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2 陆海丽;基于南宁盆地工程地质数据库的分区岩土性质及承载力研究[D];广西大学;2016年

3 米鹏;土-结构相互作用对框架结构抗震性能不利影响分析[D];广州大学;2016年

4 黄颂扬;南宁盆地深基坑降水方法研究与应用[D];广西大学;2013年

5 张油军;南宁市轨道交通一号线沿线岩层组合模型及区划研究[D];广西大学;2012年

6 张继文;远场地震动作用下土—结构相互作用对深厚土层上高层建筑的影响[D];中国地震局工程力学研究所;2011年

7 许军;钢框架—混凝土筒高层混合结构非线性有限元分析[D];中南大学;2008年

8 彭凯;基于南宁地层组合的工程短桩极限承载力分析及计算机模拟[D];广西大学;2007年

9 黄瑜;超高层建筑结构动力特性测试研究及地震反应分析[D];西安理工大学;2006年

10 慕朝辉;不规则高层建筑结构抗震分析[D];西南交通大学;2003年

本文编号：2839661