结构—地基动力相互作用体系的振动台试验及计算模拟研究

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1、同济大学中请博士学位论文结构一地基动力相互作用体系的振动台试验及计算模拟分析摘要f考虑结构一地基动力相互作用(ssI)对于正确预测软土地区的结构地震反应有非常重要的意义，是当前地震工程研究领域里一个熟点，也是一个难点。本文采用振动台模型试验和数值计算方法研究了地震荷载下高层建筑结构一地基动力相互作用的有关规律，并探讨了地基土液化对桩基高层建筑地震反应的影响。雁文主要进行了以F一些工作：(1)在查阅大量国内外文献的基础上，总结并简要评述了关于ss!的理论、试验分析方法，概述了目前研究中还存在的一些问题。(2)进行了均匀土一箱基一单柱结构及分层土一

2、箱基一高层框架结构动力相互作用体系振动台模型试验，分析了主要试验现象以及主要试验结果和规律。试验中采用柔性盛土容器来减小土箱边界效应。(3)采用ANSYS程序对试验结果进行了验证，分析表明所建立的三维有限元模型可较好的模拟振动台试验。；计算中成功的将士体等效线性化模型并入ANSYS程序，考虑了土体与结构交界面的接触效应，合理的模拟了柔性容器，考虑了重力的影响。计算得出的规律与试验结果基本一致，主要有：①箱基基础底面、侧面发生了土与基础接触面的脱离、滑移现象；②土体的材料非线性对土体和上部结构的地震反应有较大影响，而接触面效应对上部结构的地震反应

3、有一些影响，对土体基本没有影响；③软土地基对地震动起滤波和隔震作用：④在软土地基时，考虑基础转动和平动十分必要；⑤基础处的有效地震动输入比自由场地震动小；⑥竖向地震动对相互作用体系动力反应规律没有明显的影响。／7(4)进行了高层建筑实际工程的结构一地基动力相互作用的计算分析。介绍了粘一弹性人工边界及其在ANSYS程序中的实现，进行了有关的参数分析。f参数分析表明：①士体纵向边界取5倍结构纵向尺寸，土体横向边界取10倍结构横向尺寸，、并在横向边界处施加粘一弹性人工边界，可较好地模拟无限域土体；②考虑相互作用后，体系的频率比刚性地基时降低，上部结构

4、的位移反应增加，而加速度反应、最大层间剪力、最大倾覆力矩均比刚性地基时减小；③上部结构刚度、上部结构形式、地震激励、土性、基础埋深以及基7础形式等参数对相互作用体系的动力特性和地震反应有较大的影响。1(5)为了研究地基土液化时对桩基高层建筑体系地震反应的影响，简要介绍了分时段等效线性有效应力动力分析方法，且将其中的等效线性化方法改进为逐步叠代非线性方法，并利用ANSYS程序的参数化设计语言将这一分析方法并入ANSYS程序中，最后分析了考虑液化时桩基一高层建筑体系的地震反应。汉为对于单层砂土一桩基一高层建筑体系来说，考虑砂土的液化对上部结构地震反

5、应有较大的影响：而对于本文采用的上海土一桩基一高层建筑体系来说，砂土层的液化未对上部结构的地震反应产生明显的影响。．．关键词：结构一地基相互作用，振动台试验，均匀土，分层土，前骶塞：、建模ANSYS程序，计算分析，有限元，按姆}静《，粘一弹性边界，有效应力＼＼i旦查查茎!堕篷主堂焦堕查苎塑二坚垄垄塑墨笪旦堡墨鱼墨垫鱼堕壁垒盐笠楚翌坌堑AbstractItisofgreatimportancetoconsiderdynamicsoil-structureinteraction(SSl)forpredictingtheseismicresponse

6、ofstructureinsoftsoilarea．SSIisahotanddifficultresearchtopicinthefieldofearthquakeengineering．Inthedissertation，shakingtabletestsandnumericalcalculationmethodwereadoptedtostudytherulesofdynamicsoil—structureinteractionunderseismicloadsSomemainachievementsofti'l

7、isdissertatio

8、naredescribedasfollows：(1)Basedonlotsofliteratures，analysismethods，testmethodsandexistingquestionsofthestudyofSSlwassummarizedandcommented．(2)Shakingtablemodeltestsonhomogeneoussoil—boxfoundation—columninteractionsystemandlayeredsoil-boxfoundation-high-riseframeinteractionsy

9、stemwereimplementedTestphenomenaandprimaryfindingsarcanalyzed．Aflexiblesoil