多高层RC框架与滨海地区软弱地基土耦合体系抗震分析
发布时间：2021-11-19 17:42
土-结构相互作用对软弱地基土上的多高层建筑地震响应有显著的影响。目前关于软弱地基上土-结构相互作用的研究,主要是针对一般软土。而滨海地区软弱土作为一类特殊的场地土,相比于一般软土,其强度、刚度等力学性质有所不同,这些差异将导致考虑土-结构相互作用后的上部结构地震响应发生变化。目前针对滨海地区软弱地基上土-结构相互作用的研究相对不足。本文首先建立了滨海软土场地RC框架的土-结构耦合体系抗震非线性分析数值模型;然后通过数值计算,研究滨海软土场地自由场地震动特性和考虑土-结构相互作用后多高层RC框架基底输入地震动特性;最后分析了滨海软土场地土-结构相互作用对多高层RC框架结构地震响应的影响,并基于我国现行规范,结合滨海软土场地特性,提出该类场地上多高层RC框架考虑土-结构相互作用后地震作用折减的计算方法。主要研究内容和成果如下:1.总结了滨海软土场地土-结构耦合体系抗震非线性分析数值建模方法及相关理论。基于现有相关研究成果,深入讨论了土体材料和上部结构非线性、地基土平面尺寸和边界、地基土有限元网格划分、系统阻尼、基础与地基土接触方式以及地震波的选择与输入方式等技术细节,最终建立了适用于滨海软...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
强我国滨海城市众多，且部分滨海地区抗
东南大学硕士学位论文4图1-2S-R模型图在S-R模型的基础上，经过进一步的发展，产生了并列质点系模型[12,13]。这种模型将整个土-结构耦合体系分为两个子体系。一个子体系由上部结构、基储桩以及附加地基土构成，另一个子体系由不受结构影响的多质点自由场地土体系构成。这时将自由场地土体系视为模型中的土柱，同时该模型可以通过多质点来反应场地土的分层情况，各层土的质量集中于该层土的水平界面。上部结构仍简化为多质点体系，桩的质量集中于地基土的个水平土层界面。模型两个子体系之间通过弹簧-阻尼连接部分相连。并列质点系模型相对于传统的S-R模型有了一定的进步，可以考虑地基土的分层问题，同时可以将不受上部结构震动影响的部分土体引入到模型中，一定程度上考虑了土-结构耦合体系的边界问题。因此并列质点系模型精确度更高，相对于其他复杂的计算模型又简便易用，因此在实际工程中应用较为广泛。无论是S-R模型或者并列质点系模型，其关键都是在确定地基土的参数，针对此问题Wolf等[14]等经过研究确定了一系列确定参数的方法并对现今众多国家所用规范针对土-结构相互作用问题提供了指导。但是该模型仍然只能研究地基土在线弹性范围内的问题，对于地形复杂的情况，仍然无法进行分析。2）子结构法子结构法是土-结构相互作用研究的另一种分析方法，该方法将土-结构耦合体系分为两个部分，上部结构和地基土。该方法首先计算地基土和上部结构交接处的阻抗与散射特性，然后将这些动力特性作为边界条件引入上部结构中。Chopra等[15]人是最先在土-结构耦合体系分析中使用这种方法的，他们将地基视为弹性刚度条件，施加在上部结构的有限元模型上，产生了子结构分析法。子结构法的分析步骤分为四步：自由场地反映分析、散射分析、阻抗分析、?
震响应进行了分析，对比了经典振型分解法和非经典振型分解法两种方法计算的地震响应的区别，得出非经典振型分解法更严谨，简便。1993年，林皋等[29]采用多质点弹簧-阻尼模型模拟地基土的阻抗特性，建立了土-结构耦合模型，对某8层框架结构进行了分析。结果表明多质点模型比单质点模型更为精确。1999年，Padron等[32]提出了半连续介质方法，建立了土-结构耦合体系数值模型。该方法是对连续介质法进行简化后提出的，可以对结构进行抗震分析。作者使用这种方法，对某32层结构进行了分析，并且将结果与有限元模型进行对比。图1-3二维模型示意图2000年，日本学者Inabaa[33]采用有限元方法对阪神地震日本电信大楼土-结构地震响应进行了研究。该研究首先通过有限元方法，由地表处地震动时程计算出基础地震波时程，用以输入土-结构耦合体系中。而后，采用二维有限元模拟体系地震响应，上部结构进行了一定程度上的简化，地基土边界使用了粘弹性边界，其模型图如下。结果表明地基土对上部结构影响明显，示意图如图1-3。2009年，Padron等[32]采用混合元法对建筑群之间的土-结构相互作用进行了研究，考虑了相邻建筑耦合作用对地震响应的影响。研究表明相邻结构之间的距离是影响其地震响应的关键因素。
【参考文献】：
期刊论文
[1]砂岩力学特性及其改进Duncan-Chang模型[J]. 王军保,刘新荣,刘俊,宋战平. 岩石力学与工程学报. 2016(12)
[2]唐山曹妃甸滨海软土的动模量和阻尼比测试[J]. 郝斌,赵玉成,刘珍岩,李占岭,谢阳,张晓星. 土工基础. 2016(04)
[3]基于Davidenkov骨架曲线模型的修正不规则加卸载准则与等效剪应变算法及其验证[J]. 赵丁凤,阮滨,陈国兴,徐令宇,庄海洋. 岩土工程学报. 2017(05)
[4]考虑土-结构相互作用与重力二阶效应影响的钢筋混凝土框架结构地震反应分析[J]. 王海东,盛旺成. 地震工程与工程振动. 2016(03)
[5]谱元法与透射边界的配合使用及其稳定性研究[J]. 戴志军,李小军,侯春林. 工程力学. 2015(11)
[6]地基土模型对土–结构相互作用体系地震响应影响的初步分析[J]. 王国波,于艳丽,蒋沧如,何卫. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[7]滨海相软土延拓邓肯–张模型的数值模拟研究[J]. 俞缙,李天斌,郑春婷,蔡燕燕,涂兵雄,穆康. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[8]多地貌单元复合场地非线性地震效应特征二维分析[J]. 金丹丹,陈国兴,董菲蕃. 岩土力学. 2014(06)
[9]大型土-桩-复杂结构振动台模型试验研究[J]. 姜忻良,徐炳伟,焦莹. 土木工程学报. 2010(10)
[10]地震波反演与土-结构动力相互作用分析[J]. 阴光华,陈清军. 力学季刊. 2010(02)
博士论文
[1]土体-复杂结构耦合系统地震响应数值模拟方法及应用[D]. 杨颜志.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]滨海地区大面积软土地基处理及监测技术研究[D]. 蒋新明.中南大学 2007
本文编号：3505538
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
强我国滨海城市众多，且部分滨海地区抗
东南大学硕士学位论文4图1-2S-R模型图在S-R模型的基础上，经过进一步的发展，产生了并列质点系模型[12,13]。这种模型将整个土-结构耦合体系分为两个子体系。一个子体系由上部结构、基储桩以及附加地基土构成，另一个子体系由不受结构影响的多质点自由场地土体系构成。这时将自由场地土体系视为模型中的土柱，同时该模型可以通过多质点来反应场地土的分层情况，各层土的质量集中于该层土的水平界面。上部结构仍简化为多质点体系，桩的质量集中于地基土的个水平土层界面。模型两个子体系之间通过弹簧-阻尼连接部分相连。并列质点系模型相对于传统的S-R模型有了一定的进步，可以考虑地基土的分层问题，同时可以将不受上部结构震动影响的部分土体引入到模型中，一定程度上考虑了土-结构耦合体系的边界问题。因此并列质点系模型精确度更高，相对于其他复杂的计算模型又简便易用，因此在实际工程中应用较为广泛。无论是S-R模型或者并列质点系模型，其关键都是在确定地基土的参数，针对此问题Wolf等[14]等经过研究确定了一系列确定参数的方法并对现今众多国家所用规范针对土-结构相互作用问题提供了指导。但是该模型仍然只能研究地基土在线弹性范围内的问题，对于地形复杂的情况，仍然无法进行分析。2）子结构法子结构法是土-结构相互作用研究的另一种分析方法，该方法将土-结构耦合体系分为两个部分，上部结构和地基土。该方法首先计算地基土和上部结构交接处的阻抗与散射特性，然后将这些动力特性作为边界条件引入上部结构中。Chopra等[15]人是最先在土-结构耦合体系分析中使用这种方法的，他们将地基视为弹性刚度条件，施加在上部结构的有限元模型上，产生了子结构分析法。子结构法的分析步骤分为四步：自由场地反映分析、散射分析、阻抗分析、?
震响应进行了分析，对比了经典振型分解法和非经典振型分解法两种方法计算的地震响应的区别，得出非经典振型分解法更严谨，简便。1993年，林皋等[29]采用多质点弹簧-阻尼模型模拟地基土的阻抗特性，建立了土-结构耦合模型，对某8层框架结构进行了分析。结果表明多质点模型比单质点模型更为精确。1999年，Padron等[32]提出了半连续介质方法，建立了土-结构耦合体系数值模型。该方法是对连续介质法进行简化后提出的，可以对结构进行抗震分析。作者使用这种方法，对某32层结构进行了分析，并且将结果与有限元模型进行对比。图1-3二维模型示意图2000年，日本学者Inabaa[33]采用有限元方法对阪神地震日本电信大楼土-结构地震响应进行了研究。该研究首先通过有限元方法，由地表处地震动时程计算出基础地震波时程，用以输入土-结构耦合体系中。而后，采用二维有限元模拟体系地震响应，上部结构进行了一定程度上的简化，地基土边界使用了粘弹性边界，其模型图如下。结果表明地基土对上部结构影响明显，示意图如图1-3。2009年，Padron等[32]采用混合元法对建筑群之间的土-结构相互作用进行了研究，考虑了相邻建筑耦合作用对地震响应的影响。研究表明相邻结构之间的距离是影响其地震响应的关键因素。
【参考文献】：
期刊论文
[1]砂岩力学特性及其改进Duncan-Chang模型[J]. 王军保,刘新荣,刘俊,宋战平. 岩石力学与工程学报. 2016(12)
[2]唐山曹妃甸滨海软土的动模量和阻尼比测试[J]. 郝斌,赵玉成,刘珍岩,李占岭,谢阳,张晓星. 土工基础. 2016(04)
[3]基于Davidenkov骨架曲线模型的修正不规则加卸载准则与等效剪应变算法及其验证[J]. 赵丁凤,阮滨,陈国兴,徐令宇,庄海洋. 岩土工程学报. 2017(05)
[4]考虑土-结构相互作用与重力二阶效应影响的钢筋混凝土框架结构地震反应分析[J]. 王海东,盛旺成. 地震工程与工程振动. 2016(03)
[5]谱元法与透射边界的配合使用及其稳定性研究[J]. 戴志军,李小军,侯春林. 工程力学. 2015(11)
[6]地基土模型对土–结构相互作用体系地震响应影响的初步分析[J]. 王国波,于艳丽,蒋沧如,何卫. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[7]滨海相软土延拓邓肯–张模型的数值模拟研究[J]. 俞缙,李天斌,郑春婷,蔡燕燕,涂兵雄,穆康. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[8]多地貌单元复合场地非线性地震效应特征二维分析[J]. 金丹丹,陈国兴,董菲蕃. 岩土力学. 2014(06)
[9]大型土-桩-复杂结构振动台模型试验研究[J]. 姜忻良,徐炳伟,焦莹. 土木工程学报. 2010(10)
[10]地震波反演与土-结构动力相互作用分析[J]. 阴光华,陈清军. 力学季刊. 2010(02)
博士论文
[1]土体-复杂结构耦合系统地震响应数值模拟方法及应用[D]. 杨颜志.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]滨海地区大面积软土地基处理及监测技术研究[D]. 蒋新明.中南大学 2007
本文编号：3505538
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