支盘桩-地基-结构动力相互作用体系的数值模拟及计算分析

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上个世纪70年代以来,在地震工程领域,结构—地基动力相互作用问题的研究进入了一个崭新的阶段。无论在理论研究,计算模型分析以及各种试验研究都取得了可喜的成绩,但是由于各种条件的制约,其中试验研究进行得相对较少,而关于计算分析与试验的对照研究则更少。把计算分析和试验研究进行对照研究,一方面可以验证计算模型的合理性,另一方面也能验证试验方案的可行性,以及试验结果的可靠性,具有非常重要的意义。本文主要开展了如下几方面的研究工作:介绍了支盘桩—地基—结构动力相互作用体系振动台模型试验的主要情况,包括试验装置、试验模型、模型的材料性能参数、试验的量测、试验加载制度、试验过程等,为下文针对结构—地基相互作用体系振动台模型试验进行计算建模和计算分析提供必要的参数,并为计算模型和计算方法的合理性提供验证依据。以支盘桩—地基—结构动力相互作用的振动台模型试验为基础,结合通用有限元软件MARC,对结构-地基动力相互作用体系进行有限元计算建模的一些问题作了研究,主要包括土容器的模拟、土体本构模型的选用、非线性的模拟、网格划分、对称性的利用等。按照本文的建模原则和计算方法,对结构—地基动力相互作用体系进行了三维有限元计算分析,通过计算结果分析表明:所采用的计算模型和计算方法是合理的。从计算分析和试验相结合的角度考虑结构-地基动力相互作用时体系地震反应的有关规律,主要从体系的加速度反应、桩身应变和桩土接触压力以及相互作用对基底地震动的影响等方面进行了分析,对规律性结果进行了归纳,发现计算与试验的规律基本一致。在其它材料参数相同的情况下,使用相同根数的支盘桩与直杆桩进行结构—地基动力相互作用的对比试验。研究它们在相同的地震波激励下,上部结构的最大位移,最大层间剪力和倾覆力矩等变化情况。结构—地基动力相互作用体系对地震反应的影响是很显著的,在深入研究的基础上,有必要对刚性地基假定和现行结构抗震设计方法作出改进。本文摸索了一套利用通用有限元程序MARC进行结构—地基动力相互作用研究的计算分析方法,有利于加强相互作用问题研究的普遍性,促进相互作用研究更迅速更深入地发展,使其最终从科学研究领域进入到工程实践领域里来。
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