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考虑共同作用的桩筏基础—土—框架结构地震响应有限元分析

作 者: 唐振
导 师: 蒋青青
学 校: 中南大学
专 业: 岩土工程
关键词: 桩筏基础 框架结构 共同作用 有限元 时程分析
分类号: TU435;TU311.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 98次
引 用: 1次
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内容摘要


地震是一种给社会带来巨大生命财产损失的突发性自然灾害,2008年5月12日,汶川地震带来的伤痛至今仍然刻在人们的心中,因此研究建筑物抗震性能意义重大。近年来,国内外对上部结构与地基基础共同作用的影响进行了一定的试验和数值研究,但是由于这类问题的复杂性,研究者们的侧重点不尽一样,对于地震作用下的动力相互作用需要更深入的分析和研究。本文在国内外相关理论和方法的基础上,采用动力有限元分析方法,对大型有限元软件ANSYS建立的桩筏基础—土—框架结构共同作用模型进行地震模拟分析。主要研究内容和成果如下:(1)较为全面地总结三维地震模型相关参数的确定方法,包括:模型的简化,单元的选取,人工边界的设置,自由场地震参数、动力分析中的阻尼等。(2)对某12层框架结构的三维有限元模型进行了模态分析和动力时程分析,比较不考虑共同作用时的分析结果,得到考虑共同作用对上部结构动力性能如周期、位移等的影响,发现考虑共同作用下结构的柔性增加,周期增大。考虑共同作用时,楼层最大的位移发生在顶层,但最大相对位移发生在底层。分析剪力的变化规律,发现在底层剪力最大,然后剪力随楼层增高而递减,提出在抗震设计时要对底层结构采取特殊的措施加强刚度的建议。(3)在不改变建筑总面积的情况下,改变框架结构的平面形式,比较不同平面形式的框架结构地震作用下的反应,研究平面形式对框架结构抗震性能的影响,得出对称规则的建筑平面形式抗震性较好的结论,为考虑共同作用的抗震设计提供参考性建议。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 问题的提出及研究意义  9-10
  1.2 共同作用的概念  10-11
  1.3 上部结构-桩筏基础共同作用计算的特点  11-12
  1.4 国内外研究概述  12-14
  1.5 本文研究的主要内容  14-15
第二章 共同作用下地震反应有限元基本理论  15-33
  2.1 动力有限元法的基本理论  15-21
    2.1.1 有限单元法的基本原理  15-17
    2.1.2 动力平衡方程及分析方法  17-21
  2.2 地基—基础—上部结构共同作用的要点分析  21-22
    2.2.1 上部结构贡献的刚度有限  21
    2.2.2 地基模型对共同作用的影响  21-22
    2.2.3 基础的土性变化对共同作用的影响  22
    2.2.4 结构刚度对共同作用的影响  22
    2.2.5 相邻建筑物对共同作用的影响  22
  2.3 地基—基础—上部结构动力共同作用的研究方法  22-25
    2.3.1 集总参数法  23
    2.3.2 子结构法  23-24
    2.3.3 整体分析方法  24-25
  2.4 结构的动力分析模型  25-27
    2.4.1 层模型  25-26
    2.4.2 杆系模型  26-27
    2.4.3 杆系—层模型  27
  2.5 共同作用的分析模型  27-31
    2.5.1 多质点系模型  27-28
    2.5.2 弹性介质中的梁模型  28-30
    2.5.3 有限元模型  30-31
  2.6 小结  31-33
第三章 三维模型相关参数确定及分析模型的建立  33-53
  3.1 大型有限元分析软件简介  33-34
  3.2 地震作用理论简述  34-36
  3.3 本论文中使用到的单元简介  36-38
  3.3 材料本构关系及破坏准则  38-42
    3.3.1 Mohr-coulomb材料本构关系及屈服准则  39-40
    3.3.2 D-P材料本构关系及屈服准则  40-42
  3.4 分析模型的建立  42-52
    3.4.1 分析模型的简化  42-43
    3.4.2 人工边界的设置  43-46
    3.4.3 动力分析中的阻尼  46-47
    3.4.4 自由场地震参数确定  47-49
    3.4.5 结构有限元模型的建立  49-52
  3.5 小结  52-53
第四章 共同作用体系的模态与动力时程分析  53-71
  4.1 模态分析概述  53-54
  4.2 ANSYS中的模态分析  54-55
  4.3 共同作用结构模态分析  55-56
  4.4 结构动力时程分析  56-70
  4.5 小结  70-71
第五章 不同平面结构形式框架的抗震性能比较  71-83
  5.1 平面布置形式  71-73
  5.2 结构模态分析结构对比分析  73-74
  5.3 时程分析结果对比分析  74-82
    5.3.1 平面结构形式2的时程分析结果及与形式1的对比  74-78
    5.3.2 平面结构形式3和4的时程分析结果  78-82
  5.4 小结  82-83
第六章 总结与展望  83-85
  6.1 本文的主要结论  83
  6.2 展望  83-85
参考文献  85-90
致谢  90-91
攻读学位期间主要的研究成果  91
  1.攻读学位期间参加的项目  91
  2.攻读学位期间发表的论文  91

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构力学 > 结构动力学
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