刚性桩复合地基抗震性能研究

论文摘要

刚性桩复合地基可以充分利用天然地基的承载力,较大幅度的提高地基承载力,在高层和超高层建筑中应用比较广泛。但是目前对复合地基的计算分析,尤其是对刚性桩复合地基的抗震性能分析,远远不能满足工程实际的需要。目前对于刚性桩复合地基的分析大多是在平面应变假定下的二维平面数值分析或者单桩下的简单三维数值分析。对于三维群桩的研究,由于建模比较复杂、计算时间长及不容易收敛等原因,研究的资料不多。本文以ANSYS为工具,建立刚性桩复合地基三维群桩（桩数5×5）有限元模型,对静载作用下刚性桩复合地基模型的合理尺寸及不同桩间土模量下刚性桩复合地基工作性状进行研究。研究表明:以桩体竖向位移为例,当模型水平尺寸自承台边缘向外增加到承台尺寸2倍时,桩体位移基本不再变化;当模型向下自桩端竖直向下尺寸增加到桩长2倍时,桩体位移不再变化。随着桩间土模量的增加,地基沉降量变化不大,只是桩体变形量会随之减小。垫层的合理厚度随桩间土模量的变化无明显变化。本文还利用有限元分析软件ANSYS软件对5×5刚性桩复合地基三维群桩进行了动力特性分析,计算模型中,桩体、桩间土、褥垫层和基础均采用简化的线弹性模型,考虑上部结构的反馈作用,分析了结构自振特性,采用分解反应谱法和时程分析法对刚性桩复合地基的地震响应作了详细的分析,分别研究了上部结构-基础-复合地基在不同等级地震激励下结构位移及内力的数值大小和分布规律,并比较了两种方法的结果差异,对抗震设计具有参考价值。文中还更变褥垫层模量讨论其对刚性桩复合地基抗震性能的影响,结果显示,褥垫层模量对刚性桩复合地基抗震性能影响不明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 刚性桩复合地基研究的背景
• 1.2 刚性桩复合地基发展简史及研究现状
• 1.2.1 刚性桩复合地基的发展简史
• 1.2.2 刚性桩复合地基的承载机理
• 1.2.3 刚性桩复合地基的研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 有限元法基本原理
• 2.1 有限元法在岩土工程中的应用
• 2.2 有限元法的基本原理
• 2.3 有限单元法的分析过程
• 2.4 有限元分析对网格剖分的要求
• 2.5 ANSYS 简介
• 第三章 刚性桩复合地基竖向静载下的性状研究
• 3.1 静力模型体系分析方法
• 3.1.1 计算模型的单元选择及材料非线性本构关系选择
• 3.1.2 静力计算三维计算模型体系
• 3.2 有限元静载计算分析
• 3.2.1 模型尺寸对研究刚性桩复合地基的影响
• 3.2.2 桩间土弹性模量对刚性桩复合地基的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 刚性桩复合地基模型抗震性能研究
• 4.1 复合地基中的减震原理
• 4.2 刚性桩复合地基模型的建立
• 4.2.1 简化模型假设
• 4.2.2 阻尼矩阵的确定
• 4.2.3 传输边界
• 4.2.4 动力分析模型建立
• 4.3 刚性桩复合地基抗震性能的反应谱分析
• 4.3.1 反应谱分析在结构设计上的应用
• 4.3.2 分解反应谱法计算理论
• 4.3.3 结构的自振特性
• 4.4 刚性桩复合地基抗震性能的反应谱法分析结果
• 4.4.1 6 度设防情况下刚性桩复合地基的工作状态
• 4.4.2 不同抗震设防情况下刚性桩复合地基的工作状态比较
• 4.5 分解反应谱法分析结果综述
• 4.6 刚性桩复合地基抗震性能的时程分析结果
• 4.6.1 时程分析的动力方程及求解方法
• 4.6.2 刚性桩复合地基在TAFT 波作用下工作性状
• 4.6.3 刚性桩复合地基在EI 波作用下工作性状
• 4.6.4 刚性桩复合地基在northridge1 波作用下工作性状
• 4.6.5 垫层模量对刚性桩复合地基抗震性能的影响
• 4.7 时程分析法对刚性桩复合地基分析结果综述
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢