桩—土—结构相互作用体系的随机地震响应分析及动力可靠度研究

论文摘要

桩基础在世界各国应用都非常广泛,但在历次大震中,均出现了严重破坏现象。由于破坏的隐蔽性,使得破坏桩基的修复极为困难而且耗资巨大。地震时桩、土、结构之间的动力相互作用是普遍存在的。地震动无论是从时间、空间还是强度方面都具有明显的随机性。因此,进行桩—土—结构相互作用体系的随机地震响应分析和可靠度研究是非常必要的。由于问题的复杂性,目前,关于桩—土—结构相互作用体系随机反应分析的研究成果还很少。另外,考虑材料参数变异性的桩—土—结构相互作用体系的随机反应分析的研究,难度更大,鲜有文献发表,属于地震工程研究领域的前沿课题。开展这方面的研究必定会对桩基结构抗震设计理论产生重要影响。本文将结构抗震理论、随机振动理论和结构动力可靠度理论应用于桩—土—结构相互作用体系的动力响应研究中,探讨了桩—土—结构相互作用体系随机地震响应和动力可靠度研究方法,分析了桩—土—结构相互作用体系的地震响应的统计特性,研究了桩—土—结构相互作用体系的动力可靠度。具体如下:(1)考虑地震的随机性和土体的非线性,引入粘弹性边界和正交试验法,提出了一种在谐响应分析中直接输入加速度的加载方式,建立了基于虚拟激励法、等效线性化法和确定性动力有限元法相结合的非线性桩—土—结构体系的随机地震响应的参数敏感性分析方法。研究了桩土模量比、地震动输入水平、桩的长径比等无量纲参数,进行了单桩—土体系的参数敏感性分析,并对单桩支承的剪切型结构体系进行了较全面的参数分析。(2)比较全面系统地分析了不同场地、不同地震水平下桩—土—结构体系的随机地震响应,并就桩—土—结构体系的相互作用和土体的非线性性状对响应的影响进行了分析比较。(3)考虑桩—土—结构之间的动力相互作用、地震的随机性、土体的非线性和变异性,建立了基于小参数摄动法、虚拟激励法、等效线性化法和确定性动力有限元法相结合的非线性随机桩—土—结构体系的随机振动分析方法。重点研究了土体的剪切模量、阻尼比、密度、泊松比四个参数的变异性对桩—土—结构相互作用体系非线性工作状态下随机地震响应的影响。(4)基于最大值理论和首次超越破坏理论,采用桩基与结构按照相同动力可靠度进行抗震计算的方法,以强度和变形为控制目标的双重准则,研究了不考虑材料参数随机性和考虑材料参数随机性两种情况下的桩—土—结构相互作用体系的动力可靠度。研究表明:采用首超破坏理论或采用最大值理论计算桩—土—结构体系的可靠度都可以。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 研究综述
• 1.2.1 桩—土—结构体系的地震响应分析模型
• 1.2.2 桩—土—结构体系地震响应的分析方法
• 1.2.3 考虑桩—土—结构相互作用与地震随机性的现状
• 1.2.4 随机地震荷载的模型化
• 1.2.5 随机振动分析方法
• 1.2.6 考虑材料参数变异性的复合随机振动分析方法
• 1.2.7 抗震可靠度分析方法
• 1.2.8 桩—土—结构体系随机地震响应及抗震可靠度研究
• 1.3 本文研究内容及技术路线
• 2 桩—土—结构体系随机地震响应的参数敏感性分析
• 2.1 引言
• 2.2 计算模型
• 2.2.1 地基本构模型
• 2.2.2 人工边界的设置
• 2.2.3 阻尼特性
• 2.2.4 输入地震动方法
• 2.3 分析方法
• 2.4 非线性桩—土体系随机地震响应的参数敏感性分析
• 2.4.1 计算参数
• 2.4.2 计算结果
• 2.5 非线性桩—土—结构体系随机地震响应的参数分析
• 2.5.1 计算参数
• 2.5.2 桩长对体系随机地震响应的影响
• 2.5.3 土体模量对体系随机地震响应的影响
• 2.5.4 输入地震动水平对体系随机地震响应的影响
• 2.6 小结
• 3 桩—土—结构相互作用体系的随机地震响应分析
• 3.1 引言
• 3.2 桩基动力相互作用体系的随机地震响应分析
• 3.2.1 计算参数
• 3.2.2 较硬场地桩基的随机响应
• 3.2.3 其它场地条件下桩基的随机响应
• 3.3 桩—土—结构相互作用体系的随机反应分析
• 3.3.1 计算模型和计算参数
• 3.3.2 较硬场地桩基的随机响应
• 3.3.3 其它场地条件下桩基的随机响应
• 3.3.4 较硬场地结构的随机响应
• 3.3.5 其它场地条件下结构的随机响应
• 3.4 桩基对上部结构随机响应的影响分析
• 3.4.1 较硬场地桩基对上部结构的随机响应影响
• 3.4.2 其它场地条件下桩基对上部结构的随机响应影响
• 3.5 上部结构对桩基随机响应的影响分析
• 3.6 本章小结
• 4 考虑参数变异性的桩—土—结构体系的随机地震响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 非线性随机桩—土—结构体系复合随机地震响应分析方法
• 4.3 计算参数
• 4.4 非线性随机桩—土—结构体系随机地震响应结果
• 4.4.1 较硬场地桩基复合随机地震响应
• 4.4.2 其它场地条件下桩基复合随机地震响应
• 4.4.3 较硬场地结构复合随机地震响应
• 4.4.4 其它场地条件下结构复合随机地震响应
• 4.5 本章小结
• 5 桩—土—结构相互作用体系的动力可靠度研究
• 5.1 引言
• 5.2 桩—土—结构体系动力可靠度计算方法
• 5.2.1 基于最大值理论的动力可靠度
• 5.2.2 基于首次超越破坏理论的动力可靠度
• 5.3 计算结果
• 5.3.1 基于最大值理论的桩—土—结构体系动力可靠度
• 5.3.2 基于首超破坏理论的桩—土—结构体系动力可靠度
• 5.3.3 采用首超破坏理论和最大值理论的动力可靠度对比分析
• 5.4 考虑参数随机性的桩—土—结构体系的动力可靠度计算方法
• 5.5 计算结果
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文主要研究结论
• 6.2 未来工作的建议及展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集