超高层筒中筒结构静、动力共同工作研究

论文题目: 超高层筒中筒结构静、动力共同工作研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 张琪玮

关键词: 筒中筒结构,桩筏式基础,共同工作,现场实测,边界元,有限元,数值模拟分析

文献来源: 西安建筑科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 地基、基础与上部结构共同工作是国内外广为开展的一项研究课题,但对共同工作引起的内力变化更为敏感的超高层筒中筒结构却研究不多。论文采用理论分析、数值模拟和工程实测相结合的方法,围绕超高层筒中筒结构静、动力共同工作问题开展了较为系统深入的研究。主要内容包括: (1) 以研究超高层建筑的共同工作机理为目的,对陕西省电信公司网管中心大楼进行了地基、基础与上部结构动静力共同工作的全面现场测试。对建筑物的地基沉降、桩顶反力、筏板内钢筋应力、桩土荷载分担比以及建筑物的自振特性等进行了实时监测。通过对测试结果的分析,研究了超高层筒中筒结构考虑地基、基础与上部结构共同工作的内力变化规律。 (2) 基于子结构法提出了竖向荷载作用下考虑地基、基础与上部结构共同工作的内力计算方法。建立了能够考虑厚板中剪应力引起的横向变形及筏板配筋对筏板整体刚度影响的筏板基础分层厚筏模型;基于Drucker—Prager屈服准则建立了地基的弹塑性计算模型;提出了一种能在子结构法中考虑桩土共同工作的“二次迭代法”,将桩土界面接触的非线性迭代与共同工作体系的整体内力分析分开进行,既可以考虑竖向荷载作用下桩与桩间土之间的非线性接触状态,又不会增加整个体系的自由度数量。 (3) 对网管中心大楼进行了竖向荷载作用下结构内力的数值模拟计算,将建筑物整体沉降、桩顶反力、筏板内力以及桩土荷载分担比的计算结果与实测结果进行了对比分析,验证了所建立计算方法的合理性。同时,通过对桩顶反力计算结果的分析,对筒中筒结构桩基础的布置提出了建议。 (4) 提出了多遇地震作用下共同工作体系弹性动力反应的有限元/边界元耦合分析方法。将共同工作体系分成近场区域和远场区域,以分域特解边界元模拟半无限的远场地基;对于近场区域,建立了桩-土体系的简化计算模型以及基础和上部结构构件的有限元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。对远场区域的等效

论文目录:

1 绪论

1.1 高层建筑发展概况

1.2 超高层筒中筒结构共同工作理论研究的意义

1.3 静力共同工作理论的研究现状

1.3.1 早期发展概况

1.3.2 近期研究取得的进展

1.3.3 我国的研究现状

1.3.4 高层建筑静力共同工作研究存在的问题

1.4 动力共同工作理论研究现状

1.4.1 动力共同工作理论研究发展概况

1.4.2 高层建筑动力共同工作理论研究存在的问题

1.5 本文主要研究内容

2 超高层筒中筒结构地基、基础与上部结构动、静力共同工作的现场原位测试

2.1 概述

2.2 陕西省邮政电信网管中心大楼工程简介

2.2.1 工程概况

2.2.2 工程地质概况

2.3 竖向荷载作用下网管中心大楼共同工作原位测试

2.3.1 测试内容

2.3.2 沉降观测点及其布置

2.3.3 测试元件的工作原理及埋设布置

2.4 测试结果分析

2.4.1 建筑物的整体沉降

2.4.2 桩顶反力

2.4.3 筏板内力

2.4.4 桩土荷载分担比

2.5 网管中心大楼动力特性的现场测试

2.5.1 测试方案简介

2.5.2 测试结果

2.6 本章小结

3 竖向荷载作用下超高层筒中筒结构考虑共同工作的计算方法

3.1 概述

3.2 共同工作分析的子结构法

3.2.1 子结构刚度矩阵和荷载向量的凝聚

3.2.2 共同工作的基本方程

3.3 地基的计算模型

3.4 筏板的计算模型

3.5 桩的计算模型

3.5.1 桩顶荷载计算

3.5.2 单桩侧阻力的计算

3.5.3 桩侧摩阻力的修正

3.6 小结

4 超高层筒中筒结构地基、基础与上部结构静力共同工作的数值模拟分析

4.1 数值模拟计算

4.2 计算结果与测试结果的对比分析

4.2.1 建筑物的整体沉降

4.2.2 桩顶反力

4.2.3 筏板内力

4.2.4 桩土荷载分担比

4.3 本章小结

5 弹性状态下筒中筒结构动力共同工作计算理论

5.1 基本思路

5.2 远场地基的计算模型

5.2.1 奇次方程的通解

5.2.2 非奇次方程的补解

5.3 系数矩阵的计算

5.3.1 建立边界子域

5.3.2 子域中虚拟刚度矩阵和虚拟质量矩阵的计算

5.4 地基与桩基础的计算模型

5.4.1 近场土体的计算模型概述

5.4.2 近场土-桩体系的整体式有限元简化计算模型

5.5 构件的计算模型

5.5.1 构件的刚度矩阵和质量矩阵

5.5.2 构件的阻尼矩阵

5.6 近场体系刚度矩阵和质量矩阵

5.6.1 基础及上部结构整体刚度矩阵

5.6.2 整体刚度矩阵

5.6.3 上部结构、基础与近场土体刚度矩阵的耦合

5.7 地基、基础与上部结构共同工作体系的耦合动力方程

5.7.1 远场区域质量矩阵和刚度矩阵的对称化

5.7.2 近场区域与远场区域计算方程的耦合

5.8 多遇地震作用下地基、基础与上部结构共同工作体系的反应分析

5.8.1 自由度的缩减

5.8.2 结构自振特性的计算

5.8.3 动力反应的计算

5.9 程序实现

5.9.1 地震荷载作用下考虑共同工作的动力反应计算程序总框图

5.9.2 远场地基等效刚度矩阵和等效质量矩阵的边界元计算程序

5.9.3 共同工作体系自振特性的计算程序

5.10 本章小结

6 超高层筒中筒结构动力共同工作的数值模拟分析

6.1 网管中心动力特性的数值计算

6.1.1 上部结构、筏基与桩土体系的计算模型

6.1.2 远场土体的计算模型

6.1.3 实测结果与数值计算结果的对比分析

6.2 地震作用下筒中筒结构动力反应的数值模拟分析

6.2.1 概述

6.2.2 结构参数

6.2.3 计算结果分析

6.3 本章小结

7 结论和建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2005-07-19

参考文献

[1].钢筋混凝土筒中筒结构非线性性能试验及理论研究[D]. 王海波.湖南大学2004
[2].高层框筒、筒中筒结构的二阶效应分析[D]. 陈加猛.华南理工大学1997
[3].现浇石膏外墙钢筋砼高层网格盒式筒中筒结构研究与应用[D]. 王其明.天津大学2012

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