周边约束土体对地下室抗震影响的研究

论文摘要

随着我国经济的发展,带地下室的高层建筑物的数量与形式日益增多,建设规模不断扩大,地下室结构的抗震设计及其安全性评价逐渐成为工程界所关心的重要课题。地震作用下的土-地下室-上部结构是一个相互作用体系,地下室结构的地震反应是该体系动力相互作用的结果,土-地下室结构动力相互作用问题是地下室结构抗震设计研究的重要内容。本文根据动力有限元分析理论,采用粘弹性人工边界,土体采用Drucker-Prager模型,建立合理的二维有限元计算模型,利用ANSYS有限元软件分析地下室与周围侧限土体相互作用的地震反应。采用无条件稳定的Newmark隐式积分法进行地震响应分析,讨论各种因素对地下室动力响应的影响,如;有无侧限土体、地下室埋深、周围土体性质等,并对地下室结构的中柱、侧墙以及顶板的应力、位移等结果进行分析。通过对地下室结构动力响应分析发现;如果地下室周围土体在地震作用下不失效的情况下,周边土体可以有效地减小地下室的水平侧向位移;顶板与侧墙和中柱的连接附近受力较大,应力集中;随着地下室埋深的增加,地下室位移和应力也随之增大,但增大地下室的刚度可以减小其变形与应力。从整个结构来看,地下室顶板与中柱和侧墙的连接处以及各角隅处最容易发生破坏。因此在设计和施工过程中,应对上述部位予以足够的重视。此外本文对地下室周围土加固进行有限元计算分析,并对加固土体对结构成本的影响进行经济方面的评估。通过分析发现;对地下室周围土体进行加固,可以提高其周围土体的抗震能力,使土体在地震来时对地下室起到约束作用,这样可以有效地提高地下室的抗震能力,减小地下室的水平位移和应力;在经济方面,可以在追加很少的投资情况下就明显提高建筑物的抗震能力。并通过定性分析发现通过加固地下室周围土体,可以减少建筑结构在软弱土体中在抗震方面的投资。通过加固土体用以提高建筑结构的抗震能力,有很大的研究与运用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构-地基动力相互作用及研究的发展历史
• 1.3 人防工程的重要意义及建设方针
• 1.4 本文主要研究的内容及价值
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文工作的意义
• 第2章 土-结构相互作用的基本研究和分析方法
• 2.1 前言
• 2.2 土-结构相互作用的基本研究和分析方法
• 2.2.1 土-结构动力相互作用研究方法
• 2.2.1.1 现场试验和地震观测
• 2.2.1.2 室内试验研究
• 2.2.2 土-结构动力相互作用理论研究方法
• 2.2.2.1 解析法
• 2.2.2.2 数值方法
• 2.2.3 土-结构动力相互作用分析的工程价值
• 第3章 有限元动力分析的基本理论及模型的建立
• 3.1 有限元的发展
• 3.2 动力有限元法的理论基础
• 3.2.1 结构动力学方程
• 3.2.2 结构自振特性的计算
• 3.2.3 系统动力响应求解方法
• 3.3 土-地下室-上部结构的动力模型在 ANSYS中的实现
• 3.3.1 单元的选择
• 3.3.2 土体动力计算模型
• 3.3.2.1 线性粘弹性模型
• 3.3.2.2 弹塑性模型
• 3.3.2.3 非线性等价粘弹性模型
• 3.3.3 阻尼理论
• 3.3.4 边界处理
• 3.3.5 接触分析
• 3.3.6 加载和求解
• 3.4 计算中的基本假定
• 第4章 土体对地下室抗震影响的有限元分析
• 4.1 前言
• 4.2 地下室抗侧刚度对地下室抗震的影响
• 4.3 有无侧向约束土体对地下室的抗震性能的影响
• 4.3.1 有限元模型的基本参数
• 4.3.2 两种情况的结果对比分析
• 4.4 地下室不同埋深对其动力反应的影响
• 4.4.1 有限元模型
• 4.4.2 不同情况下计算结果分析
• 4.5 加固土体对地下室的影响
• 4.5.1 土体加固的发展
• 4.5.2 侧向单—土体对于地下室抗震的影响
• 4.5.3 不同加固区对地下室的影响
• 4.6 实例经济分析
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 讨论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录