高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用地震反應(yīng)分析研究.pdf

1、土-結(jié)構(gòu)相互作用是一個具有重大理論意義和工程應(yīng)用價值的課題。在過去四十年的研究中，在理論和實踐方面已取得重大進展，但仍存在許多有待進一步研究的重要問題，發(fā)展一種有效和實用的土-結(jié)構(gòu)相互作用分析方法以及了解土-結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響就是其中的兩個問題。本文在國內(nèi)外土-結(jié)構(gòu)相互作用研究發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以鋼筋混凝土高層建筑為研究對象，進行了高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用地震反應(yīng)分析研究，為重要個體高層建筑和一般高層建筑的土-結(jié)構(gòu)相互作用

2、地震反應(yīng)分析提供了多種實用的分析手段，為認(rèn)識土-結(jié)構(gòu)相互作用對高層建筑地震反應(yīng)的影響和抗震設(shè)計方法提供了依據(jù)。主要研究內(nèi)容算如下：
　　 ⑴將土與結(jié)構(gòu)作為一個整體，采用能很好模擬上部結(jié)構(gòu)和下部地基基礎(chǔ)受力特性的平面土-結(jié)構(gòu)相互作用模型，提出了一種實用的高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用地震反應(yīng)整體分析方法。該方法的上部結(jié)構(gòu)采用平面框架-剪力墻(簡體)協(xié)同工作模型；地基土體以在計算平面內(nèi)高度為H、寬度為B、在出平面方向厚度為t的土體來模擬；

3、土體在靜力分析時采用Duncan-Chang模型，動力分析時采用等效線性化模型；基礎(chǔ)根據(jù)其形式及剛度，分別以梁單元、剛塊單元或受彎板單元來模擬。為了在一般單體機上實現(xiàn)所提出的方法，對有限元軟件MSC.Marc進行了二次開發(fā)，添加了多層土的靜力Duncan-Chang本構(gòu)關(guān)系模型和動力等效線性化本構(gòu)關(guān)系模型，并通過兩個算例驗證了其可靠性，使MSC.Marc軟件成為該方法的理想分析工具。此方法可用于重要單體高層建筑詳細(xì)的土-結(jié)構(gòu)相互作用分析

4、。
　　 ⑵選擇不同高度、不同結(jié)構(gòu)類型和不同場地條件的位于厚和深厚地基土層上的10棟典型鋼筋混凝土高層建筑，采用所提出的整體分析方法，對比分析了基巖波、地面波和地震動等效輸入波，以及考慮與不考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用體系的自振特性和地震反應(yīng)，詳細(xì)研究了土-結(jié)構(gòu)相互作用對位于厚和深厚地基土層上高層建筑地震反應(yīng)的影響。通過對地震反應(yīng)影響的綜合分析，在地震動輸入、自振特性、相互作用影響因數(shù)、體系地震反應(yīng)等方面得到了一些具有實用價值的結(jié)論和關(guān)

5、系式，在此基礎(chǔ)上，給出了一種以結(jié)構(gòu)與土層第一周期系數(shù)aT為指標(biāo)的高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用地震反應(yīng)分析簡化評估方法。該方法無需進行復(fù)雜又費時的高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用分析，僅利用簡單省時的結(jié)構(gòu)和土層反應(yīng)分析結(jié)果，就可估計出高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用體系的反應(yīng)，可用于高層建筑考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用地震反應(yīng)的初步估計。
　　 ⑶以采用所提出的整體分析方法計算得到的10棟典型高層建筑的計算結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，上部結(jié)構(gòu)仍采用整體分析方法給出的平麗框架

6、一剪力墻(簡體)協(xié)同工作模型，參考《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50040-96)，給出了地基基礎(chǔ)的兩層簡化模型，通過與10棟典型高層建筑標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的對比，進行了地基質(zhì)量、土體模型自由度、抗剪剛度和阻尼比的逐步改進。將地基土體質(zhì)量由原模型的基礎(chǔ)以下基巖以上的土體質(zhì)量改為整體分析法給出的土體質(zhì)量；將地基土體由原模型的兩個自由度改為多個自由度，并給出了各層土體抗剪剛度的確定方法；建議土層的剪切模量G取0.5倍的Gmax、阻尼比取15％，提出了

7、修正的層層簡化模型，給出了一種高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用簡化分析方法。通過該方法和整體分析方法的計算結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，較原兩層簡化模型的方法，土-結(jié)構(gòu)體系的自振特性和結(jié)構(gòu)頂點加速度峰值有明顯改善，結(jié)構(gòu)頂點加速度反應(yīng)譜更為合理，尤其是長周期段峰值所對應(yīng)的周期均與整體分析方法結(jié)果更為接近。由此表明，該方法可作為一種合理實用的高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用簡化分析方法，用于一般高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用的分析和重要高層建筑土-結(jié)構(gòu)相互作用的初步分析。另外，