地基—桩（筏）—上部结构动力相互作用分析与大比例模型试验研究

论文题目: 地基—桩（筏）—上部结构动力相互作用分析与大比例模型试验研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 土木工程

作者: 王海东

导师: 尚守平

关键词: 动力阻抗,桩土桩动力相互作用,群桩动力相互作用,动力相互作用因子,层状地基,试验研究

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在建筑结构的抗震工程设计中通常假定地基为刚性的。对于建立在基岩和坚实场地土上的结构,这种刚性地基假定是合理的。然而,大量的理论分析和研究表明,在地基土质较差的情况下,地基—基础—上部结构动力相互作用对结构物的动力特性具有十分重要的影响,其地震响应将发生显著的变化。广大研究者和工程技术人员在实践中已经意识到将上部结构和基础考虑作为一相互作用的整体进行设计的必要性和优越性,无论是对于静力还是动力特性研究,群桩—土—结构作为一个整体计算出的结果不仅与通常的刚性地基假定所得有较大出入,而且不同土层土质、群桩属性条件下的相互作用体系所表现的受力与变形特点也不尽相同。本文试图通过理论分析和试验研究,认识地基—基础—上部结构动力相互作用机理,为实践应用提供适合工程设计、比较简捷的实用计算方法,为考虑地基—桩(筏)—上部结构动力相互作用的抗震设计提供一定的理论依据和设计建议。本文共分为五章,分别做了如下工作: 1、通过对大量相关文献的阅读总结,分析了国内外开展土—结构动力相互作用研究的现状及发展水平,并特别对地基—桩—上部结构动力相互作用的方法进行了归纳,评述了已有研究工作成果的局限性及优缺点,提出了本文针对桩基上下部结构体系所采用的理论分析途径和基本框架思路; 2、本论文采用Novak薄层法,分析了单桩的竖向、扭转、水平及水平-摇摆耦合振动。然后,引进Novak和韩英才的边界层理论,全面分析和对比了匀质弹性、匀质粘弹性和非匀质粘弹性地基中单桩的动力阻抗,在分析中,本文首次将边界层理论推广到求取地基水平动力阻抗,扩展了这种简化方法的使用范围,考察了各种因素对单桩动力阻抗的影响程度。在推导单桩水平动力阻抗的过程中,采用克雷洛夫函数和初参数法求解单桩的水平振动微分方程,从而能够方便地考虑桩长和桩底土对单桩动力阻抗的影响。计算表明,当桩的长径比较小时,桩底土对单桩动力阻抗有重要的影响。而且本文首次将Novak薄层法引伸至求取Rayleigh波、SH波作用下的粘弹性地基、层状地基、径向非匀质层状地基中的单桩水平和竖向动力位移响应,并就泊松比、长径比、桩土刚度比、阻尼比等参数对单桩动力位移响应沿桩长方向分布的影响做了详细的分析,分析表明,不同的桩底支撑条件下,各因素所起的作用有很大差距。 3、采用动力相互作用因子和位移法,全面推导了刚性承台群桩在匀质弹性地基、匀质粘弹性地基及非匀质粘弹性地基中的竖向动力阻抗、摇摆动力阻抗、水

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目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的必要性

1.2 地基—结构动力相互作用研究的现状及水平

1.2.1 国外地基—结构动力相互作用研究的历史与现状

1.2.2 我国地基—结构动力相互作用研究的历史与现状

1.3 土—桩—结构动力相互作用的研究方法

1.3.1 理论分析方法

1.3.2 模型试验法

1.3.3 原型测试法

1.4 本文研究思路

第2章 不同地基模型的地基动力阻抗研究

2.1 概述

2.2 不同地基模型的动力阻抗分析

2.2.1 匀质弹性地基动力阻抗分析

2.2.2 匀质粘弹性地基动力阻抗分析

2.2.3 非匀质粘弹性地基动力阻抗分析

2.3 不同地基模型动力阻抗参数研究

2.3.1 竖向动力阻抗参数研究

2.3.2 扭转动力阻抗参数研究

2.3.3 水平动力阻抗参数研究

2.4 本章小节

第3章 单桩动力阻抗研究

3.1 概述

3.2 桩头谐振源下单桩动力阻抗研究

3.2.1 单桩竖向动力阻抗函数研究

3.2.2 单桩扭转动力阻抗函数研究

3.2.3 单桩水平动力阻抗函数研究

3.3 瑞利波作用下单桩动力响应研究

3.3.1 单桩竖向动力性能研究

3.3.2 单桩水平动力性能研究

3.4 SH波作用下单桩动力性能研究

3.4.1 单层土介质单桩水平动力响应研究

3.4.2 成层粘弹性地基单桩水平动力响应研究

3.5 本章小节

第4章 群桩及地基—桩(筏)—上部结构动力相互作用研究

4.1 概述

4.2 群桩动力阻抗或动力响应研究

4.2.1 桩顶自由的群桩动力响应研究

4.2.2 桩顶固接的群桩动力响应研究

4.3 群桩动力阻抗或动力响应参数分析

4.3.1 桩顶谐波作用下群桩动力阻抗参数分析

4.3.2 SH波作用下群桩动力响应参数分析

4.3.3 Rayleigh波作用下群桩动力响应参数分析

4.4 地基—桩(筏)—上部结构系统运动方程

4.5 本章小节

第5章 地基—桩(筏)—上部结构动力相互作用系统大比例模型试验研究及简化分析方法

5.1 概述

5.2 试验模型设计与制作

5.2.1 场地土特性

5.2.2 基础及上部结构模型设计

5.2.3 模型制作

5.3 模型试验研究及分析

5.3.1 场地土的动力特性研究

5.3.2 地脉动激励下模型试验研究及分析

5.3.3 顶部牵引激励下模型试验研究及分析

5.3.4 顶部机械激励下模型试验研究及分析

5.4 模型试验结果与理论分析的对比研究

5.4.1 模型试验结果与刚性地基假定下有限元分析的对比

5.4.2 模型试验结果与本文简化理论分析结果的对比

5.5 地基—桩(筏)—上部结构简化计算方法

5.6 考虑相互作用影响的界限研究

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间发表论文目录)

附录B

发布时间: 2006-05-10

参考文献

• [1].西北地区冻结岩石力学特性及爆破损伤评价模型试验研究[D]. 宋立伟.中国矿业大学（北京）2014

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