武成浩[1]2010年在《基于桩土共同作用理论的高层结构地震反应分析与抗震性能评估方法研究》文中提出考虑土—结共同作用效应对于正确预测高层建筑结构地震反应以及高层建筑结构抗震性能评估有非常重要的意义,是当前结构工程研究领域里的热点和难点。近年来一些学者在这方面做了大量工作并取得不少成果,但由于问题本身的复杂性,尚有许多问题亟待解决。本文在现有研究的基础上,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系的耦合作用机理,提出了具有四个广义位移的平板弯曲理论以及高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系整体建模与分析方法,利用大型有限元软件ABAQUS建立了考虑土—结共同作用效应的高层建筑结构叁维实体有限元精细化整体模型,分析了土—结共同作用效应对高层建筑结构的地震响应影响,并对影响结构地震反应的主要因素进行了详细参数对比分析,揭示了体系动力共同作用的内在规律,提出了高层建筑结构抗震设计建议,并在此基础上提出了基于能力谱方法考虑土—结共同作用效应的改进高层建筑结构抗震性能评估方法。论文的主要研究内容及所取得的研究成果具体包括以下几个方面：(1)研究了高层建筑结构—桩(筏)基础—地基的共同作用机理和分析方法,指出了现有机理分析和分析方法的不足之处,提出了具有四个广义位移的平板弯曲理论,考虑了横向伸缩广义位移Φ3,用变分法推导了弹性地基上四边自由矩形中厚板的控制微分方程,丰富了筏板计算理论,将土、(筏)桩基础、高层建筑结构作为一个整体,采用桩侧土体和桩端土体分别建模的方法,提出了高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系的整体建模与分析方法,为共同作用体系有限元地震响应分析提供了理论基础。根据高层建筑结构—桩(筏)基础—地基共同作用体系整体建模方法,利用大型有限元软件ABAQUS建立了经历汶川地震的某高层建筑结构共同作用体系叁维实体线弹性有限元精细化模型,研究了该体系的自振特性并结合土体参数的变化进行了影响性分析,揭示了桩端土体和桩侧土体对上部结构自振周期影响的不同规律,比较了考虑与不考虑共同作用效应情况下结构的地震反应规律,对比分析了桩侧土体和桩端土体分别建模方法与常规建模方法对结构地震响应的不同影响规律。(2)采用高层建筑结构地震反应整体建模与分析方法,考虑了混凝土和土体的材料非线性、桩(筏)基础与土体的接触非线性,利用ABAQUS建立了高层建筑结构—桩(筏)基础—地基的叁维实体非线性有限元精细化整体模型,根据场地土特性合理选取了强震记录作为地震动输入,比较了考虑与不考虑共同作用效应情况下结构的地震反应规律,分析了不同工况罕遇地震作用下共同作用体系的非线性地震反应,并对影响结构地震反应的关键因素(上部结构非线性、土体材料非线性、土体参数变化、边界条件变化,接触非线性等)进行了详细对比分析,结合汶川地震震后调查揭示了高层建筑结构共同作用体系动力反应的规律,提出了高层建筑结构设计建议。(3)研究了FEMA440考虑土—结共同作用效应的能力谱方法,并对其计算土弹簧刚度的方法进行了改进,提出了改进的基于共同作用理论的抗震性能评估方法,使其能够与我国的建筑抗震设计规范相容,适用于我国高层建筑结构的抗震性能评估,并为我国抗震规范的修订提供了参考。在此基础上,选取了某工程实例,利用改进后的考虑土—结共同作用效应的抗震性能评估方法对其进行了非线性静力分析,将其计算结果与非线性动力时程反应分析的计算结果进行了比较,验证了改进的基于共同作用理论的抗震性能评估方法在实际工程应用中的可行性。
田晓艳[2]2005年在《水平荷载作用下高层建筑—基础—地基的共同作用研究》文中提出近年来高层建筑迅猛发展,但现行规范所规定的常规设计方法与工程实际中结构受力情况有较大出入,其结果往往造成设计不是偏于不安全就是偏于浪费,改进高层建筑设计方法刻不容缓。由于数值分析方法和计算机仿真技术的发展以及相互作用本身问题的复杂性,高层建筑—基础—地基相互作用问题已成为结构工程领域内研究的热点问题之一。相互作用问题的研究对结构设计和建筑基础设计都具有明显的意义。为了研究水平荷载作用下高层建筑—基础—地基共同作用的结构受力和变形性能,本文着重对空间框架结构、桩筏基础与地基的共同作用建立叁维数值模型,即将叁者视为统一的整体,采用有限元法进行分析。本文首先利用叁维有限元建立弹塑性地基上能够反映群桩效应和群桩中各桩荷载分担比的群桩数值分析模型,对数值计算方法量化水平荷载分担比的问题进行研究,主要研究距径比变化对荷载分担比的影响,得出了一些结论,可供有关桩基工程设计时参考使用。利用上面所建立的群桩数值分析模型,建立水平荷载作用下高层建筑—基础—地基共同作用分析模型。该模型除了能完成水平荷载作用下的共同作用分析外,还能对竖向荷载作用下的结构进行共同作用的受力和变形分析。利用大型有限元商业软件 ANSYS对一具体建筑进行对比计算,主要研究:⑴通过与常规方法相比,得出共同作用方法对上部结构水平位移及框架内力的影响;⑵竖向荷载对水平荷载作用下共同作用计算结果的影响;⑶不同桩径、不同筏板厚度、不同地基模型对水平荷载作用下共同作用计算结果的影响。通过分析比较,得出一些结论,为改进和提高框架结构设计的安全性和经济性提供了依据,可供工程应用参考。
贠湘宜[3]2007年在《剪力墙结构—桩筏基础—地基土共同作用的有限元分析》文中提出近年来,随着高层建筑结构的迅猛发展,上部结构-基础-地基共同作用的理论和应用研究,已逐渐成为结构工程领域中的热点问题之一。以往的很多考虑共同作用的研究都是以框架结构为主、地基土为软土的情况来分析的,而对于上部结构为纯剪力墙、地基土为黄土的研究文献,目前还不多见。因此,本文以实际工程为例,针对考虑共同作用研究中存在的一些问题,根据剪力墙结构和基础地基的实际情况,利用大型通用有限元分析软件SAP2000和常规的结构分析与设计软件PKPM,建立了合理的有限元分析模型。通过有限元分析,研究了考虑剪力墙结构-桩筏基础-地基土共同作用对上部结构内力和变形的影响,主要研究内容如下:(1)详细介绍了考虑上部结构-基础-地基共同作用的研究和应用现状,并重点分析了桩筏基础的受力特点和研究方法,提出了本文需要研究的问题。(2)分析了共同作用的概念、实质、分析原理和机理,着重比较了共同作用的研究方法以及几种常用的基础模型。(3)应用PKPM和SAP2000两种分析软件,建立了不考虑共同作用时的有限元分析模型,对人工边界的划定、地基范围的截取以及单元的选取等问题进行了深入探讨。(4)根据上述两种分析模型的计算结果,比较了PKPM软件和SAP2000软件的差别、优越性及SAP2000软件对于我国规范的适用性。(5)利用SAP2000软件,对同一工程实例进行了考虑共同作用和不考虑共同作用时的有限元分析,探讨了考虑共同作用时对上部结构内力和变形的影响规律,提出了相应的设计建议。(6)针对考虑共同作用的分析模型,通过改变上部结构的刚度、筏板厚度和桩径、地基刚度等参数,系统地研究了剪力墙结构-桩筏基础-地基土的共同作用情况,提出了宜考虑共同作用的结构和地质条件,为剪力墙结构的合理设计提供了参考。
杜晓霞[4]2005年在《上部结构-桩筏基础-地基共同作用的非线性数值模拟》文中研究指明桩筏基础是高层建筑普遍采用的一种基础形式,目前对于桩筏基础的研究已取得一些成果,但对其工作机理的认识还不够清楚,特别是涉及到桩筏基础、地基与上部结构的共同作用时,该问题就变得更为复杂,需要进一步的深入研究。 本文全面、系统地总结了国内外有关桩筏基础和共同作用理论的研究成果,在此基础上利用FLAC-3D程序,建立了一种比较符合实际的桩土相互作用模型,可以考虑桩土之间的接触滑移,并将其用于共同作用的分析中。主要工作有以下几点: (1) 对单桩在竖向荷载下的工作性状进行数值模拟,并与实测试桩资料进行对比分析,数值模拟结果与实测结果吻合良好。 (2) 利用FLAC-3D程序建立叁维分析模型,对竖向荷载作用下上部结构-桩筏基础-地基的共同作用进行数值模拟,系统地研究了基础沉降、筏板内力、桩顶荷载分布以及上部结构内力等内容,并真实地模拟施工过程,研究上述内容随加荷过程的变化规律;此外,还研究了筏板厚度变化对上述各方面的影响,以及上部结构的内力在常规分析方法和共同作用分析方法下的差别,得出了一些有益的结论。 (3) 对水平荷载下上部结构-桩筏基础-地基的共同作用进行了分析,主要研究常规方法和共同作用方法相比对上部结构的水平位移以及框架内力的影响。
李锦龙[5]2012年在《高层建筑框架剪力墙结构—桩筏基础—地基共同作用有限元分析》文中研究指明随着社会经济和科学技术的发展,近几十年来,我国高层建筑如雨后春笋般拔地而起,与此同时各工程技术研究人员也进行了大量与之相应的理论研究。在大量的工程实践中,人们通过现场实测与理论研究的对比,发现任何一个完整的建筑体系都是由上部结构、地基、基础叁部分组成,并且它们相互协调、统一工作。随着高层建筑的高度不断增高,竖向荷载和水平荷载大是高层建筑的一个重要特点,因此对地基基础的要求更高,所使用地基基础形式必须具有承受高竖向荷载、调节不均匀沉降、抵抗强倾覆力矩等要求,在所有基础形式中,桩筏基础具有这些有点。本文以兰州市城关区某住宅楼为研究算例,在前人的理论基础上,用SAP2000有限元分析软件建立框架剪力墙结构—桩筏基础—地基共同作用的叁维模型。通过改变上部结构刚度、筏板刚度,对模型进行共同作用的分析,得出以下结论：(1)通过共同作用分析与非共同作用分析的比较,发现考虑共同作用后,上部结构内力和和桩顶反力普遍增大,基础沉降和筏板内力均有不同程度的减小,基础沉降和筏板内力安全储备较大。因此,在实际工程设计中,使用共同作用的设计理念更符合建筑物实际受力状态,设计更合理,但也要适当地考虑共同作用对上部结构的不利影响。(2)通过改变上部结构的刚度,对桩顶反力、桩荷载分担比、筏板内力、基础沉降等的研究表明：上部结构刚度对减小基础差异沉降有利,但这种贡献是有限的,筏板的荷载分担比在本例中不容忽视,可以充分利用,减小造价。(3)增加筏板的刚度,发现筏板荷载分担比增大、基础差异沉降减小,因此,选择合适的筏板厚度用共同作用理论分析更经济合理。
任振杰[6]2014年在《高层框架结构—桩筏基础—地基共同作用分析》文中提出改革开放以来，我国的城市化进程有了突飞猛进的发展，越来越多的人口涌入城市，导致城市人口激增。随之而来的就是人们工作和生活需要更多的场所，因而需要建设更多的建筑物，城市用地陷入了非常紧缺的状况。在寸土寸金的城市中只有向高空要空间，发展高层建筑才能解决用地紧张的矛盾。在这种大形势下，各大城市的发展必然离不开高层建筑的建设，高层建筑逐渐成为了城市的发展标志，这也带动了高层建筑中共同作用课题研究的发展。然而，现有的高层建筑设计中一般不考虑上部结构与基础和地基的共同作用，这与实际结果是不相符的。不考虑共同作用进行分析时，一方面会导致下部基础设计偏于保守，导致材料浪费，建设成本比较高；另一方面，基础的不均匀沉降会引起上部结构产生次生应力，如果不考虑会使上部结构设计不安全。总的来说，考虑共同作用的设计无疑能够使建筑的设计既安全又经济合理。对于共同作用的理论研究已经有很多，形成了不同的分析方法，其中子结构法应用较为广泛，得到大家的认可。随着计算机的发展，有限元方法逐渐兴起，为共同作用的研究提供了便利。本文通过采用ABAQUS大型有限元软件对一框架-桩筏基础结构进行数值模拟，分别建立整体模型和上部结构与基础地基分开的叁维模型。地基模型采用弹塑性的摩尔-库仑模型，混凝土材料假定一直处于弹性状态，采用弹性模型；通过在桩土之间设置接触对来考虑二者的传力和相对滑移，上部荷载考虑自重荷载、楼面恒载、活载和水平地震作用。通过模型分析结果来研究考虑共同作用与不考虑共同作用的差别，分析考虑共同作用对上部结构受力和变形的影响、对基础不均匀沉降及基础内力分布的影响。在上述研究的基础上，再通过改变地基弹性模量、桩长、桩径、筏板厚度以及上部结构层数等因素来进行分析，得出各因素对上部结构和基础受力及变形的影响，从而得出一些定性和定量的结论，对以后高层建筑的设计提供一定的指导和借鉴。
郗俊玲[7]2008年在《高层建筑结构主体与裙楼非独立布置方案研究》文中研究指明高层建筑的发展是商业化、工业化、城市化的需要。由于城市人口集中,用地紧张以及商业竞争的激烈化,促使高层建筑向多功能方向发展。根据使用功能的需要,有不少工程在高层主楼的一侧或两边布置有层数不多的裙房。由于主楼和裙房的荷载、刚度差异很大,通常会引起主楼和裙房基础之间过大的沉降差。如何解决这一问题一直是工程界探索解决的难题之一。本文通过有限元计算方法,建立带裙房高层建筑与地基、基础共同作用的计算模型,对不同裙房层数、跨数及不同主楼层数的高层建筑与地基基础的共同作用进行了分析计算,得出了在整体连接的情况下,高层建筑主楼荷载和变形可通过裙房基础向外扩散,扩散范围有限。分析筏板厚度和地基土弹性模量等不同因素,对带裙房高层建筑结构基础沉降、基底反力的影响。列举了几个西安地区带裙房高层建筑的沉降观测实例,分析其结果,为主裙楼整体连接提供更有力的依据。通过大量的数值模拟分析,对高层建筑与裙房在整体连接的情况下上部结构,基础与地基的共同作用问题进行了研究。并结合数值分析,得出了筏基变形和地基反力分布特征,指出大底盘框架结构体系的工程性质同高层建筑与其连接的裙房基础密切相关的,并总结了共同作用的有效范围。
王闪闪[8]2005年在《考虑上部结构共同作用的桩筏基础有限元分析》文中研究表明桩筏基础是高层建筑广泛采用的一种重要的基础型式,关于高层建筑体系中上部结构、桩筏基础与地基共同作用的研究受到学术界和工程界的普遍关注。虽然人们对该课题已进行了大量分析与探讨,研究成果显着,但由于这一体系的复杂性和计算条件的限制,目前的研究成果还不能完全满足实际的需要,还有许多问题需要学术界、工程界同仁的共同努力。本文在分析研究国内外有关共同作用理论及其研究现状的基础上,利用有限元法对该问题进行数值分析。桩体及筏板视为弹性体材料,筏板采用8 结点的平面等参弯曲单元进行分析,桩体采用叁维20 节点实体单元模拟。地基土考虑为非线性弹性的邓肯-张模型,应用空间20 结点的等参单元分析。在桩土之间引入Goodman 接触面单元来模拟和分析。上部结构视为线弹性材料,利用空间杆系结构的有限元法进行分析,并应用子结构方法,把上部结构的刚度和荷载凝聚于基础板上,再进行地基与基础的共同作用整体有限元分析。建立一种空间8 节点的平面弯曲单元-20 节点有限元-16 节点接触面单元相耦合的数值计算模型。用面向对象编程工具Visual C++6.0 编制了针对共同作用的有限元分析程序OOPFE(Object-Oriented programming of finite element )。利用大型有限元分析软件ANSYS 的前处理程序快速形成供计算程序使用的数据文件,用VC++语言编制相应的后处理程序。利用自编程序作为基本工具,计算分析了竖向荷载作用下桩筏基础考虑上部结构刚度的影响时,基础平均沉降、差异沉降、桩顶反力分布、筏板内力、筏板荷载承担比的变化特性;此外,本文还对等间距均匀布桩桩筏基础作了抽桩分析。实例研究表明,本文自编的上部结构-桩筏基础-地基共同作用的有限元程序OOPFE 是切实可行的,其运算结果比较令人满意,具有一定实用价值。
李丽[9]2003年在《湿陷性黄土地区高层建筑桩筏基础与地基共同作用分析》文中研究说明高层建筑体系是由上部结构、基础和地基叁部分组成的统一体，在荷载作用下，它们是互相影响、共同作用的。目前，对共同作用的研究已得到了一些定性的结论，但由于共同作用整体理论研究的复杂性，因此，对共同作用理论的研究尚不完善，尤其表现在对共同作用的机理及其变化规律认识不足。 本文在分析湿陷性黄土地区高层建筑桩筏基础与地基共同作用的过程中，总结了国内外对共同作用的研究现状；比较了各种地基模型并给出了模型参数的确定方法；对单桩与群桩在竖向荷载下的工作状态分别进行了分析；提出了桩土沉降的相对位移公式；在已有的有限元模型的基础上建立了改进有限元模型，该模型更加符合真实的受力状态；对高层建筑上部结构-桩筏基础-地基共同作用进行了分析；最后应用已有的程序，用所建立的模型对西安某工程实例进行了数值分析，并与实测结果进行了比较，证明所建立的模型合理、切实可行。由此总结出的一些规律可以指导工程实践。
胡晓勇[10]2009年在《高层建筑群体系的地基与基础共同作用问题研究》文中进行了进一步梳理通过大量现场实测资料的调研,并通过叁维数值计算分析,研究高层建筑群体系的地基、基础和上部结构的共同作用问题。论文研究内容和主要结论有以下几个方面:(1)对数值计算中地基土弹性模量的取值进行探究,根据已有工程实测数据,推出地基土弹性模量与压缩模量经验关系,得出数值计算中E的建议取值方法。(2)研究桩土共同作用的数值计算方法,分析Flac~(3D)如程序中桩单元的力学特性,并就轴向受荷桩的模拟方法做深入分析,得出参数选取的合理方法。(3)对单幢高层建筑上部结构-地基-基础共同作用进行数值模拟计算,分析采用不同的基础形式,施工过程中地基及基础的变形和受力特性。得出基础沉降分布、地基土压缩量及附加应力扩散规律、桩-筏基础分担作用和桩间土应力分布特征。(4)分析高层建筑群上部结构-地基-基础共同作用。在同一地基建立叁栋高层建筑,按一定的施工次序,模拟从基坑开挖到叁幢建筑依次建立的过程,分析桩筏基础的变形和受力特性、新建建筑与已建建筑的相互影响等共同作用问题。论文的研究结果可为多幢高层建筑物(包括裙楼及附属设施)组成的高层建筑群体系的地基、基础和上部结构共同作用的设计理论提供指导。这些研究对于高层建筑群体系共同作用条件下,地基、基础和上部结构设计的合理性和经济性有重要的工程应用价值,也可为评价高层建筑群体系工程质量的优劣提供重要的依据。
参考文献：
[1]. 基于桩土共同作用理论的高层结构地震反应分析与抗震性能评估方法研究[D]. 武成浩. 北京交通大学. 2010
[2]. 水平荷载作用下高层建筑—基础—地基的共同作用研究[D]. 田晓艳. 西安科技大学. 2005
[3]. 剪力墙结构—桩筏基础—地基土共同作用的有限元分析[D]. 贠湘宜. 西安建筑科技大学. 2007
[4]. 上部结构-桩筏基础-地基共同作用的非线性数值模拟[D]. 杜晓霞. 南京理工大学. 2005
[5]. 高层建筑框架剪力墙结构—桩筏基础—地基共同作用有限元分析[D]. 李锦龙. 兰州交通大学. 2012
[6]. 高层框架结构—桩筏基础—地基共同作用分析[D]. 任振杰. 哈尔滨工业大学. 2014
[7]. 高层建筑结构主体与裙楼非独立布置方案研究[D]. 郗俊玲. 西安理工大学. 2008
[8]. 考虑上部结构共同作用的桩筏基础有限元分析[D]. 王闪闪. 重庆大学. 2005
[9]. 湿陷性黄土地区高层建筑桩筏基础与地基共同作用分析[D]. 李丽. 西安科技大学. 2003
[10]. 高层建筑群体系的地基与基础共同作用问题研究[D]. 胡晓勇. 北京交通大学. 2009
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