結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)論文 12.25

1、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程論文結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程論文地基地基- -基礎(chǔ)基礎(chǔ)- -結(jié)構(gòu)共同作用結(jié)構(gòu)共同作用抗震分析的研究進(jìn)展抗震分析的研究進(jìn)展課程名稱：課程名稱： 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)任課教師：任課教師： 陳 波學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 周昕許班班 級(jí)：級(jí)： 土建研 1203學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 1049721102346專專 業(yè)：業(yè)： 結(jié)構(gòu)工程導(dǎo)導(dǎo) 師：師： 劉 暉地基地基- -基礎(chǔ)基礎(chǔ)- -結(jié)構(gòu)共同作用抗震分析的研究進(jìn)展結(jié)構(gòu)共同作用抗震分析的研究進(jìn)展周昕許（武漢理工大學(xué)，土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430070）摘要：摘要：常規(guī)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)將上部建筑和地基基礎(chǔ)分開計(jì)算，作為彼此離散的獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行靜力平衡分析計(jì)算。實(shí)際上，地

2、震時(shí)土體與上部結(jié)構(gòu)是相互共同作用的。地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力共同作用在廣大設(shè)計(jì)人員通過(guò)實(shí)踐證明，地基土愈軟弱，相互作用愈明顯。地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用對(duì)計(jì)算建筑的地震反應(yīng)有重要影響。當(dāng)其相互作用的影響使建筑所受的地震作用減小時(shí)，考慮相互作用會(huì)使結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理；而有些情況，卻使建筑所受的地震作用增大，所以必須考慮相互作用從而避免危險(xiǎn)。本文簡(jiǎn)述了共同作用的歷史，并且簡(jiǎn)述一些研究方法和結(jié)論，展示了共同作用在抗震方面的研究與發(fā)展。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：抗震，共同作用，地基-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)，抗震分析The research progress of foundation - structur

3、e interaction in seismic analysisZhouZhou XinxuXinxu(College of Civil and Architecture Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070)Abstract：Conventional design is to calculate the superstructure and foundation separately, as each other discrete independent structural unit to calculate

4、static equilibrium analysis. Actually, superstructure and soil interact in earthquake. Through the proof of the majority of designers, there exists dynamic interaction between foundation and superstructure. The weaker the foundation soil is, the more obvious the interaction is. The dynamic interacti

5、on of foundation-superstructure has great significance on the calculation of seismic responses. When the influence of the interaction makes the seismic effect that buildings suffer reduce, seismic design considering the interaction will make the structure more economical and reasonable; and in some

6、cases, the seismic effect of buildings will increase. So it is necessary to consider the interaction in order to avoid hazards. This paper briefly describes the history of foundation-superstructure, and outlined some of the research methods and conclusions to show the research and development of joi

7、nt action in the earthquake.Key words: aseismic, interaction, foundation-structure, Seismic analysis1.1.引言引言目前抗震設(shè)計(jì)的三種主要方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)都是先假定地基為剛性的，將自由場(chǎng)地反應(yīng)作為結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)輸入。當(dāng)基礎(chǔ)剛度很大而建筑物剛度較小時(shí)，這種假定可以看成是合理的，但是當(dāng)建筑物剛度與基礎(chǔ)剛度比較按近或相差不太大時(shí)，采用這種假定進(jìn)行的抗震計(jì)算勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。這種差異表現(xiàn)在幾個(gè)方面：一是輸入地震動(dòng)差異，建筑物的存在會(huì)改變地基地表的地震動(dòng)，不考慮這種改變而直按將無(wú)建筑物存在時(shí)的地基表面

8、的地震動(dòng)作為結(jié)構(gòu)輸入必然會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的誤差；二是體系的振動(dòng)特性的變化，實(shí)際地基并不是完全剛性的，這時(shí)結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)特性并不完全取決于上部結(jié)構(gòu)，還與地基有關(guān)；三是剛性地基假定忽略了土體輻射耗能和土體的材料阻尼耗能。這時(shí)研究人員想出了考慮地基土-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)相互作用的抗震設(shè)計(jì)方法，即所謂的土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析方法，它能反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的較真實(shí)反應(yīng)。土-結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力相互作用是指：震源引起的地震波通過(guò)場(chǎng)地土的傳播輸入到結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)。同時(shí)振動(dòng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力如同新的震源又反過(guò)來(lái)作用于場(chǎng)地，引起新的場(chǎng)地振動(dòng)再作用于結(jié)構(gòu)體系。土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用一般包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是剛體運(yùn)動(dòng)相互作

9、用，它是忽略上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量時(shí)，土體在地震動(dòng)作用下的運(yùn)動(dòng)。對(duì)明置基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，該運(yùn)動(dòng)為自由場(chǎng)反應(yīng)的結(jié)果；對(duì)埋置剛性基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，該運(yùn)動(dòng)為開挖后土體的運(yùn)動(dòng)；對(duì)埋置柔性基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，該運(yùn)動(dòng)計(jì)算較復(fù)雜。二是慣性相互作用，即作用在結(jié)構(gòu)上的慣性力使土體產(chǎn)生變形，進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。慣性相互作用部分的荷載為剛性運(yùn)動(dòng)相互作用的結(jié)果。這些雙重作用效應(yīng)是我們?cè)趯?shí)際工程設(shè)計(jì)中必須關(guān)注的，不將基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮就無(wú)法合理的分析和設(shè)計(jì)，而且更造成實(shí)踐中的浪費(fèi)或偏于不安全，故在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析時(shí)應(yīng)考慮土-結(jié)構(gòu)物的影響是十分必要的。2.2.共同作用的研究歷史共同作用的研究歷史早在20世紀(jì)五十年代，土-結(jié)共同作

10、用問(wèn)題得到大家重視，有代表性的就是梅耶霍夫提出估算框架結(jié)構(gòu)等效剛度的近似公式以考慮共同作用。爾后，岑米斯基，格羅斯霍夫相續(xù)研究單獨(dú)基礎(chǔ)上多層多跨框架結(jié)構(gòu)的共同作用。20世紀(jì)六十年代，薩瑪提出一個(gè)考慮上部結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算基礎(chǔ)沉降、接觸應(yīng)力和彎矩的方法；隨著有限元和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，申凱維茨和張佑啟應(yīng)用有限元研究地基基礎(chǔ)的共同作用；普齊米尼斯基提出子結(jié)構(gòu)的分析方法；為哈達(dá)丁首次用子結(jié)構(gòu)的分析方法研究地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同作用打下基礎(chǔ)。1972年克里斯琴在高層建筑的規(guī)劃與設(shè)計(jì)會(huì)議上闡述高層建筑結(jié)構(gòu)-地基-基礎(chǔ)共同作用問(wèn)題。1977年，在印度召開第一次“土與結(jié)構(gòu)物共同作用”國(guó)際性會(huì)議。之后，共同作用課題幾乎涉

11、及到所有工程問(wèn)題。普洛斯在第十屆國(guó)際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會(huì)議(1981年)上作了土和結(jié)構(gòu)物共同作用的總報(bào)告，利用明特林公式提出樁與地基土共同作用的彈性理論法，推動(dòng)了樁土與上部結(jié)構(gòu)共同作用的深入研究。1986年P(guān)rice，G等人利用共同作用原理對(duì)11層高層建筑樁筏基礎(chǔ)作了設(shè)計(jì)嘗試，南加州大學(xué)的Trifunac等人也進(jìn)行過(guò)一些很有影響的試驗(yàn)和地震響應(yīng)觀測(cè)。在國(guó)內(nèi)，從1974年起先后在京滬等地區(qū)對(duì)十幢高層建筑與地基基礎(chǔ)共同作用效應(yīng)進(jìn)行比較全面的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在理論上作了比較系統(tǒng)的探索，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和難得的數(shù)據(jù)。1985年董建國(guó)、趙錫宏、路佳等對(duì)共同作用原理在高層建筑地基基礎(chǔ)中的應(yīng)用作了首次嘗試，對(duì)共同作

12、用在設(shè)計(jì)上的應(yīng)用提出建議；楊敏對(duì)上部結(jié)構(gòu)與樁(筏)基礎(chǔ)共同作用作了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。1997年，董建國(guó)和趙錫宏針對(duì)高層建筑地基基礎(chǔ)的特點(diǎn)，比較系統(tǒng)地闡述了高層建筑與地基共同作用的地基模型、分析方法與設(shè)計(jì)理論，總結(jié)了高層建筑地基基礎(chǔ)共同作用的工作機(jī)理和設(shè)計(jì)建議。浙江大學(xué)巖土工程研究所陳云敏、謝康和、王奎華、蔡袁強(qiáng)等人研究了在不同場(chǎng)地土條件下樁基礎(chǔ)豎向和橫向的振動(dòng)特性以及樁土共同作用機(jī)理。東南大學(xué)丁大鈞等人在考慮土與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用效應(yīng)條件下的結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制方面取得進(jìn)展；宰金氓、宰金璋系統(tǒng)研究了高層建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基土共同作用的分析方法與設(shè)計(jì)理論，在半解析半數(shù)值方方上取得了突破。同濟(jì)大學(xué)呂

13、西林等人做了土-樁基-結(jié)構(gòu)動(dòng)力共同作用振動(dòng)臺(tái)縮尺試驗(yàn)及高層建筑原形觀測(cè)試驗(yàn)，并用ANSYS建立有限元模型進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)考慮土一結(jié)共同作用效應(yīng)的高層建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。肖曉春采用簡(jiǎn)化模型研究了土-樁-結(jié)構(gòu)動(dòng)力共同作用數(shù)值模擬并編制有限元程序進(jìn)行了對(duì)比分析?？椎律趩螛兜膭?dòng)力阻抗計(jì)算方法與簡(jiǎn)化模型以及單樁、群樁和上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)分析等方面進(jìn)行了研究，針對(duì)樁基結(jié)構(gòu)利用整體有限元數(shù)值計(jì)算方法和子結(jié)構(gòu)分析方法對(duì)比分析得出兩種方法結(jié)果的一致性，驗(yàn)證了有限元模型的合理性。湖南大學(xué)尚守平等人進(jìn)行了土-結(jié)構(gòu)大比例模型試驗(yàn)研究并基于有限元軟件進(jìn)行了非線性地震反應(yīng)分析。李宏男基于ANSYS研究

14、了輸電塔線體系-樁-土動(dòng)力相互作用；何益斌研究了多層框架結(jié)構(gòu)-樁-土的動(dòng)力特性；錢德玲通過(guò)有限元數(shù)值模擬的方法，采用ANSYS建立了支盤樁-土-高層建筑結(jié)構(gòu)體系有限元模型，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)對(duì)比，得出了該模型在研究樁-土-上部結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用問(wèn)題上的可行性。李悅研究了考慮土、上部結(jié)構(gòu)和橋臺(tái)共同作用的橋臺(tái)抗震性能，得到了提離作用可以減小上部結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的規(guī)律；并認(rèn)為，要真實(shí)反應(yīng)土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力共同作用效應(yīng)，關(guān)鍵因素是要恰當(dāng)?shù)啬M土體和結(jié)構(gòu)材料接觸界面的變形及其動(dòng)力共同作用。這些研究在不同程度上理清了相互作用體系在地震力作用下的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律，分別分析了地震作用下混凝土非線性及土體非線性對(duì)共同作用體系的

15、影響，但是對(duì)于在罕遇地震作用下，同時(shí)準(zhǔn)確模擬樁-土體接觸非線性、混凝土非線性和土體非線性的高層建筑共同作用效應(yīng)的研究較少涉及。3.3.我國(guó)研究的問(wèn)題以及進(jìn)展我國(guó)研究的問(wèn)題以及進(jìn)展3.13.1 . .地基地基- -基礎(chǔ)基礎(chǔ)- -結(jié)構(gòu)共同作用的高層結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震性能評(píng)估結(jié)構(gòu)共同作用的高層結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析與抗震性能評(píng)估3.1.1.3.1.1.上部剛度在共同作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響上部剛度在共同作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，規(guī)范規(guī)定的地基設(shè)計(jì)計(jì)算方法在設(shè)計(jì)和分析過(guò)程中忽略了上部結(jié)構(gòu)-樁(筏)基礎(chǔ)-地基之間的共同作用效應(yīng)，割裂了上部結(jié)構(gòu)和下部樁(筏)基礎(chǔ)及地基的聯(lián)系，不能反映工程實(shí)際受力情況

16、。理論研究表明，共同作用分析的結(jié)果與將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基三者相互割裂的計(jì)算結(jié)果顯然是不同的。由于結(jié)構(gòu)荷載的作用，地基將產(chǎn)生變形，但地基的變形將受到基礎(chǔ)的制約；基礎(chǔ)的剛度不同，其制約的程度也不同；基礎(chǔ)隨地基的變形而變形，但基礎(chǔ)的變形同樣受到上部結(jié)構(gòu)的制 圖圖1 1 上部結(jié)構(gòu)度對(duì)基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)度對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)力的影響內(nèi)力的影響約；上部結(jié)構(gòu)的剛度不同，其制約的程度也不同。假定上層結(jié)構(gòu)為絕對(duì)剛性且忽略各柱墻的抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力，當(dāng)基礎(chǔ)下沉?xí)r，基礎(chǔ)筏板就像倒置的連續(xù)梁，不會(huì)產(chǎn)生整體彎曲，以各柱墻為不動(dòng)鉸支座，只產(chǎn)生局部彎曲，而樁基礎(chǔ)將會(huì)發(fā)生比較均勻的沉降（如圖1（a）所示） 。但是假定上部結(jié)構(gòu)為絕對(duì)柔性，它就對(duì)基礎(chǔ)完

17、全沒(méi)有約束作用，則筏板會(huì)發(fā)生局部彎曲，同時(shí)還產(chǎn)生較大的整體彎曲，各個(gè)樁發(fā)生的沉降差異也會(huì)加大，特別結(jié)構(gòu)平面中部的樁沉降會(huì)更加的顯著增大（如圖1（b）所示） 。而實(shí)際情況介于兩者之間，因此要準(zhǔn)確考慮上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)體系的影響。3.1.2.3.1.2.基礎(chǔ)在共同作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響基礎(chǔ)在共同作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響對(duì)于筏板基礎(chǔ)，從減少筏板內(nèi)力出發(fā)，應(yīng)該減小筏板剛度；就減小上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力而言，增加筏板剛度更好。另外，筏板剛度與基底反力的關(guān)系也非常密切。假定不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度，如果筏板為絕對(duì)柔性，則基礎(chǔ)對(duì)荷載傳遞無(wú)擴(kuò)散作用，就象荷載直接作用在地基上，地基反力分布與荷載大小相等，方向相反。

18、對(duì)于絕對(duì)柔性筏板，當(dāng)荷載均勻時(shí)，基礎(chǔ)呈盆形沉降。可根據(jù)此特性，使荷載從中央到兩端逐漸增大，達(dá)到均勻沉降（如圖2（a）所示） 。如果筏板為絕對(duì)剛性，則筏板對(duì)荷載傳遞起著“架越作用” ，均勻荷載將迫使筏板均勻沉降。由于土中塑性區(qū)的開展，筏板反力將發(fā)生重分布。塑性區(qū)最先在基 圖圖2 2 筏板剛度對(duì)基地反力的影響筏板剛度對(duì)基地反力的影響礎(chǔ)邊緣處出現(xiàn)，基底反力將減小，并向中部轉(zhuǎn)移，形成馬鞍形分布(如圖2（b）所示)。 對(duì)于樁基來(lái)說(shuō)，一般樁的剛度減小，會(huì)增大整體模型的自振周期，會(huì)減少分擔(dān)的橫向荷載，增大上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力；反之，則減小整體模型自振周期，增大分擔(dān)的橫向荷載，減小上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。樁的長(zhǎng)度和樁徑大小

19、也對(duì)上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)有一定的影響。3.1.3.3.1.3.考慮共同作用下對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的其他影響因素考慮共同作用下對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的其他影響因素地基剛度是地基抵抗變形的能力，表現(xiàn)為土的軟硬或壓縮性。在上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和荷載相同的條件下，隨著地基土變軟，基礎(chǔ)內(nèi)力和整體彎曲相應(yīng)增大，上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力增加；反之，地基土變硬，上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)力的影響不甚明顯，因?yàn)榇藭r(shí)基礎(chǔ)自身的相對(duì)撓曲較小，上部結(jié)構(gòu)由不均勻沉降產(chǎn)生的次應(yīng)力較小，當(dāng)?shù)鼗鶆偠仍黾又料喈?dāng)大的程度時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)力已沒(méi)有什么影響，因?yàn)檫@時(shí)沉降和差異沉降己很小，不需要上部結(jié)構(gòu)的剛度來(lái)幫助減小不均勻沉降。此時(shí)，共同作用效應(yīng)的影響較小。此外還有邊

20、界條件、地基放大效應(yīng)、地基與基礎(chǔ)接觸時(shí)的相對(duì)粗糙度對(duì)接觸面力學(xué)性質(zhì)和變形機(jī)理的影響這些因素對(duì)于地基-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)作用的影響。3.1.4.3.1.4.對(duì)高層結(jié)構(gòu)建模分析以及結(jié)論對(duì)高層結(jié)構(gòu)建模分析以及結(jié)論考慮這些方面之后，共同作用分析方法可以分為:整體分析法和子結(jié)構(gòu)法；根據(jù)對(duì)地基土的簡(jiǎn)化方式，可分為:彈性系數(shù)法、半空間無(wú)限體法、有限元法、邊界元法和雜交元法；根據(jù)對(duì)樁的模擬，可分為:集中體系法，彈性介質(zhì)中的梁模型法，有限元法等。考慮了橫向伸縮廣義位移小后，提出了具有四個(gè)廣義位移的平板彎曲理論，用變分法推導(dǎo)了彈性地基上四邊自由矩形中厚板的控制微分方程，豐富了筏板計(jì)算理論；揭示了樁端土和樁側(cè)土對(duì)上部結(jié)構(gòu)振

21、動(dòng)特性的不同影響規(guī)律，提出了高層建筑結(jié)構(gòu)-樁(筏)基礎(chǔ)-地基共同作用體系整體建模和分析方法。使用的工程模型是綿竹劍南春大酒店。建筑平面呈等肢“L”形。7度抗震設(shè)防，二級(jí)框架，框架柱截面尺寸550*550750*750(mm)，最大截面900*900(mm)。汶川地震中，綿竹遭遇烈度為8度，相當(dāng)于該建筑設(shè)防烈度的大震水平。地震中該建筑主體結(jié)構(gòu)基本完好，主要震害為1-2層填充墻破壞，框架柱輕微開裂;3-5層填充墻開裂，裝飾柱底部破壞；建筑頂部煙囪因鞭梢效應(yīng)折斷掉落。由于該建筑主體結(jié)構(gòu)基本無(wú)震害，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的震害程度不十分嚴(yán)重，震后很快修復(fù)，恢復(fù)正常使用?；谏喜拷Y(jié)構(gòu)-樁(筏)-地基的自振特性及線彈

22、性時(shí)程分析規(guī)律，考慮了上部結(jié)構(gòu)、土體的材料非線性和樁基礎(chǔ)與土體的接觸非線性，利用大型有限元軟件ABAQUS建立模型針對(duì)上部結(jié)構(gòu)非線性、土體非線性、土體參數(shù)，邊界條件，接觸非線性等因素進(jìn)行了大量的計(jì)算，研究了土-結(jié)動(dòng)力共同作用問(wèn)題的強(qiáng)非線性條件下的規(guī)律，得出以下結(jié)論:(1)罕遇地震下，高層建筑結(jié)構(gòu)共同作用體系位移遠(yuǎn)大于剛性地基假設(shè)條件下結(jié)構(gòu)位移。必須在考慮結(jié)構(gòu)大多數(shù)節(jié)點(diǎn)在考慮共同作用效應(yīng)后應(yīng)力減小，但是中部樓層一些節(jié)點(diǎn)應(yīng)力增加。(2)混凝土材料非線性和土體材料非線性行為均應(yīng)同時(shí)考慮，且土體材料非線性影響顯著大于上部結(jié)構(gòu)混凝土材料，不同場(chǎng)地條件下土體材料性質(zhì)離散性較大，大多數(shù)土體參數(shù)對(duì)上部結(jié)構(gòu)動(dòng)力

23、響應(yīng)的影響異常復(fù)雜。不少參數(shù)變化的情況下，位移和應(yīng)力往往會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)情況，會(huì)有個(gè)別樓層運(yùn)動(dòng)規(guī)律和結(jié)構(gòu)整體位移或者應(yīng)力變化趨勢(shì)相反的情況發(fā)生。高層建筑-樁-土共同作用體系分析重點(diǎn)在于下部(土體和樁-土體接觸)，且共同作用分析定量規(guī)律只能在給定的土體材料和上部結(jié)構(gòu)情況下才能得出。(3)樁-土體接觸的真實(shí)模擬是共同作用問(wèn)題有效解決的關(guān)鍵，不考慮接觸效應(yīng)所得結(jié)構(gòu)頂層位移顯著小于考慮共同作用效應(yīng)時(shí)的位移，此時(shí)，結(jié)構(gòu)抗倒塌能力設(shè)計(jì)偏于不安全，樁-土體接觸的模擬關(guān)系著高層建筑相互作用體系在罕遇地震作用下動(dòng)力分析的成敗，必須充分考慮。(4)土-結(jié)動(dòng)力共同作用效應(yīng)顯著影響高層建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)，根

24、據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3一2002)3.3.4.3條規(guī)定的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除滿足該規(guī)程規(guī)定外，建議按照非線性時(shí)程分析方法進(jìn)行罕遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，且進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于四組實(shí)際地震一記錄和二組人工模擬的加速度時(shí)程曲線。3.23.2 考慮共同作用的樁筏基礎(chǔ)的地震響應(yīng)分析考慮共同作用的樁筏基礎(chǔ)的地震響應(yīng)分析3.2.13.2.1上部結(jié)構(gòu)與樁筏基礎(chǔ)的共同作用的特點(diǎn)上部結(jié)構(gòu)與樁筏基礎(chǔ)的共同作用的特點(diǎn)樁筏基礎(chǔ)是當(dāng)今建筑工程中使用最為廣泛的基礎(chǔ)形式之一，其對(duì)于最終減少地基土的不均勻沉降有很大作用。同時(shí)樁筏基礎(chǔ)中的筏板由于板中配有鋼筋，能承受一定的拉力和剪

25、力，使基礎(chǔ)在地基有較大的差異沉降時(shí)，仍能維持穩(wěn)定，這使其在軟弱地基上有很好的應(yīng)用價(jià)值?；趧⒍愕热酥赋錾喜拷ㄖY(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)協(xié)同作用計(jì)算，得出上部結(jié)構(gòu)-樁筏基礎(chǔ)共同作用計(jì)算的特點(diǎn)主要特點(diǎn)，包括:(1)將底板作為具有三維空間體的置于地基基礎(chǔ)上的板結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算；(2)考慮或部分考慮了上部結(jié)構(gòu)豎向剛度和彎曲剛度對(duì)基礎(chǔ)的影響；(3)考慮了土體與基礎(chǔ)相互作用的影響，包括土、板交界面處變形協(xié)調(diào)；(4)精確地考慮了基礎(chǔ)影響范圍內(nèi)土層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，尤其考慮土層的成層交互結(jié)構(gòu)和每一層土體的物理力學(xué)性質(zhì)、土層的起伏變化，使得變形計(jì)算依據(jù)更加確定和客觀；(5)協(xié)同計(jì)算有可能全面考慮基礎(chǔ)構(gòu)件與上部荷載對(duì)變形計(jì)算的

26、客觀影響，其幾何條件與載荷條件真實(shí)的反映了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原來(lái)模型。然后基于動(dòng)力有限元法的基本理論對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，確定位移模式，對(duì)單元特性進(jìn)行分析，再將單元組裝形成整體剛度方程并且求解3.2.2.3.2.2.建立上部結(jié)構(gòu)與樁筏基礎(chǔ)的共同作用需要考慮的要點(diǎn)及計(jì)算方法建立上部結(jié)構(gòu)與樁筏基礎(chǔ)的共同作用需要考慮的要點(diǎn)及計(jì)算方法建立模型之前考慮地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)共同作用的要點(diǎn)包括：1、上部結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)的剛度有限；2、地基模型對(duì)共同作用的影響；3、基礎(chǔ)的土性變化對(duì)共同作用的影晌；4、結(jié)構(gòu)剛度對(duì)共同作用的影晌；5、相鄰建筑物對(duì)共同作用的影晌。此類問(wèn)題在建立有限元模型的時(shí)候需要注意。同時(shí)，目前比較廣泛應(yīng)用的地基-基

27、礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)動(dòng)力共同作用的計(jì)算分析方法可歸納為三類:集總參數(shù)法、子結(jié)構(gòu)法和整體分析方法。這些計(jì)算方法將應(yīng)用于有限元模型的計(jì)算和求解過(guò)程圖圖3 3 層模型層模型 圖圖4 4 桿系模型桿系模型桿系-層模型是將層模型（圖3）與桿系模型（圖4）的進(jìn)行綜合。它將結(jié)構(gòu)質(zhì)量集中于樓層，形成如圖3示層模型計(jì)算簡(jiǎn)圖，并按層模型建立與求解運(yùn)動(dòng)方程。與層模型不同之處在于桿系一層模型不使用層恢復(fù)力模型來(lái)確定結(jié)構(gòu)層剛度矩陣，而是利用桿件的恢復(fù)力模型，按桿件體系確定結(jié)構(gòu)剛度矩陣。這樣，采用桿系一層模型不但可確定結(jié)構(gòu)的層間剪力與變形，還可以確定結(jié)構(gòu)各桿的內(nèi)力與變形，計(jì)算量又較桿系模型大為減少。綜上所述，在建立有限元模型的時(shí)

28、候既要考慮模型的計(jì)算簡(jiǎn)化，又要考慮模型與實(shí)際相結(jié)合的特性，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，更利于使用空間三維桿系有限元模型。3.2.3.3.2.3.建模并分析考慮樁土共同作用的不同平面布置形式對(duì)抗震的影響建模并分析考慮樁土共同作用的不同平面布置形式對(duì)抗震的影響建立12層的框架結(jié)構(gòu)模型，底層層高3.9m，其余層高為3m，縱向?yàn)?跨，橫向?yàn)?跨，底層立柱截面尺寸為600mm*600mm，其余層立柱截面尺寸為500mm*500mm，梁截面尺寸為300 mm *8OOmm。樓面橫荷載4.75kN/m2，活荷載2.0 kN/m2。由于缺少場(chǎng)地鄰近地點(diǎn)的實(shí)際地震動(dòng)記錄，為適應(yīng)該場(chǎng)地的抗震要求。選取我國(guó)1976年的天津波，記

29、錄時(shí)間取55秒。在研究上部結(jié)構(gòu)-樁筏基礎(chǔ)-地基共同作用時(shí)的動(dòng)力特性和地震反應(yīng)時(shí)，分別建立了不考慮共同作用的上部結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型和考慮共同作用下的上部結(jié)構(gòu)-樁筏基礎(chǔ)-地基三維實(shí)體模型。同時(shí)建立四種不同平面布置形式但是梁柱截面與荷載都相同的模型（如圖5（a、b、c、d）所示）：圖圖5 5（a a）平面形式）平面形式1 1 圖圖5 5（b b） 平面形式平面形式2 2 圖圖5 5（c c） 平面形式平面形式3 3 圖圖5 5（d d） 平面形式平面形式4 4根據(jù)上述理論確定邊界條件和受力，進(jìn)行簡(jiǎn)化模型計(jì)算，同時(shí)還要考慮到共同作用體系的模態(tài)與動(dòng)力時(shí)程分析，可以得到下述結(jié)論：(l)按照地基剛性假定模型計(jì)

30、算出來(lái)的結(jié)果不能完全反應(yīng)真實(shí)的破壞情況，考慮共同左右后得到的結(jié)果則能更好的說(shuō)明地震破壞的某些現(xiàn)象和規(guī)律。(2)通過(guò)對(duì)不考慮共同作用有限元模型和考慮共同作用有限元模型分析結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)考慮共同作用下，框架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性發(fā)生變化，考慮共同作用體系的周期比不考慮時(shí)要大，結(jié)構(gòu)的柔性增大。(3)地震作用下結(jié)構(gòu)的位移隨著樓層的增加而增大，但不是簡(jiǎn)單的線性增大?？紤]共同作用的分析結(jié)果表明樓層最大的位移發(fā)生在頂層，但最大相對(duì)位移發(fā)生在底層。(4)地震作用下結(jié)構(gòu)的底層柱上受到的剪力最大，然后逐層遞減，解釋了地震中常常出現(xiàn)的底層率先破壞，而上部影響不大的現(xiàn)象。考慮共同作用時(shí)結(jié)構(gòu)的剪力普遍大于不考慮共同作用的情況

31、，表明按規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算可能會(huì)使結(jié)構(gòu)偏于不安全。(5)平面形式的選擇對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有很大影響，規(guī)則、對(duì)稱的平面形式抗震性能較好，進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)宜適當(dāng)考慮平面形式的影響。3.33.3 樁長(zhǎng)、樁徑在共同作用下對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響樁長(zhǎng)、樁徑在共同作用下對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響3.3.13.3.1建立模型并輸入地震荷載建立模型并輸入地震荷載在樁基施工中，一般應(yīng)選擇較硬土層作為樁端持力層。樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度，對(duì)于粘性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石類土，不宜小于1d, d為樁徑。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁基以下硬持力層厚度不宜小于4d。當(dāng)硬持力層較厚且施工條件許可時(shí)，樁端全斷面進(jìn)入持力

32、層的深度宜達(dá)到樁端阻力的臨界深度(中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ 94-94)。對(duì)于樁的承重作用來(lái)講，尤其是在軟弱土層中的端承樁，條件允許的情況下，樁的深度是越深越好的，能將樁打到基巖上，穩(wěn)定的基巖給樁的承重能力提供了很好的保障。而對(duì)于其抗震作用而言，由于基巖上的地震波是比較強(qiáng)烈的，樁太靠近基巖，樁底位移可能會(huì)很大，造成樁基的破壞。樁徑作為樁基的重要參數(shù)對(duì)樁的抗展能力有著重要的作用。隨著樁徑的加大，結(jié)構(gòu)的抗震能力卻不是完全線性遞增的，對(duì)應(yīng)某個(gè)地區(qū)的震級(jí)以及地震波特性，對(duì)于樁徑的比較優(yōu)化的值，可以作一定的研究。利用建立模型，在確定模型參數(shù)以及輸入地展波等參數(shù)的條件下，考慮樁土共同作

33、用，調(diào)整樁的深度、直徑等參數(shù)，計(jì)算并分析在地震中樁長(zhǎng)、樁徑對(duì)結(jié)構(gòu)位移的影響，可以總結(jié)得出結(jié)論。建立的模型是地基-基礎(chǔ)-上部框架結(jié)構(gòu)體系，下部土體為三維半無(wú)限體，而上部框架為三維結(jié)構(gòu)體系。這樣在結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，上部規(guī)整結(jié)構(gòu)可以就縱向和橫向按等跨劃分為單獨(dú)的一榀進(jìn)行平面計(jì)算，同時(shí)可以保證足夠精度。本次計(jì)算取框架的橫向一榀按平面應(yīng)變模型機(jī)型計(jì)算。同時(shí)考慮到縱向幅間跨度的影響，在程序中對(duì)平面應(yīng)變的厚度方向取該實(shí)際榀跨(6米)來(lái)考慮質(zhì)量、剛度、荷載及阻尼等影響。相對(duì)應(yīng)的， 圖圖6 6 動(dòng)力有限元計(jì)算模型動(dòng)力有限元計(jì)算模型下 部地基基礎(chǔ)的各個(gè)參數(shù)也是考慮的6米土體換算得到的。如圖6所示 在該有限元體系中，上

34、部框架結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)將被看成桿系結(jié)構(gòu)，因此可以采用二節(jié)點(diǎn)梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬，土體則采用八節(jié)點(diǎn)平面等參單元。采用彈塑性模型來(lái)模擬土體的非線性來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算，同時(shí)采用線彈性材料模型來(lái)模擬樁和上部框架結(jié)構(gòu)。地震波輸入面是離地面70米深處的基巖，土體橫向邊界取10倍結(jié)構(gòu)的橫向尺寸，并在橫向邊界處施加相應(yīng)的人工邊界。本次輸入的地震波采用上海防災(zāi)減災(zāi)研究所提供的計(jì)算深度70米處的加速度數(shù)據(jù)，在只考慮水平地震加速度時(shí)，取石門一路站附近區(qū)間隧道超越概率為2%水平地震加速度波，持續(xù)時(shí)間20秒，采樣2000個(gè)。波形圖如圖7所示 圖圖7 7 石門一路站附近區(qū)間隧道超越概率為石門一路站附近區(qū)間隧道超越概率為2%2%水平

35、地震波水平地震波3.3.23.3.2樁長(zhǎng)對(duì)共同作用抗震的影響：樁長(zhǎng)對(duì)共同作用抗震的影響：以框架頂、底節(jié)點(diǎn)位移及相對(duì)位移的為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比樁長(zhǎng)為28米、39米、46米、53米時(shí)，由框架頂、底最大相對(duì)位移的變化，假設(shè)變化為線性變化，可以得到圖8。在該曲線上，隨著樁長(zhǎng)的增加，框架頂、底的最大水平相對(duì)位移絕對(duì)值有降低的整體趨勢(shì)。由此可見，樁長(zhǎng)的增加對(duì)框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能的提高是有利的。其增幅不是非常明顯，從32米處開始，樁長(zhǎng)增加到53米，頂部結(jié)構(gòu)的最大位移降低了1.7mm，約為最大位移的1/50。另外，很明顯樁長(zhǎng)從25米增加到32米的過(guò)程中，框架結(jié)構(gòu)的最大水平相對(duì)位移的絕對(duì)值是增加的，32米樁長(zhǎng)對(duì)應(yīng)

36、了位移曲線上的最大值。的也就是說(shuō)在本模型中，39米的樁長(zhǎng)是上部 圖圖8 8框架頂、底最大相對(duì)位移框架頂、底最大相對(duì)位移- -樁樁長(zhǎng)曲線長(zhǎng)曲線框架結(jié)構(gòu)的一個(gè)抗震不利情況極值點(diǎn)。樁長(zhǎng)從26m到32米的過(guò)程中上部框架結(jié)構(gòu)的頂?shù)紫鄬?duì)位移增加，而32米后持續(xù)降低的原因主要是由于兩個(gè)因素造成的。1、模型土層情況是分層的，采用橫觀各向同性材料屬性。26米到32米間的土層情況有變化，其物理力學(xué)性質(zhì)是不一樣的，對(duì)上部結(jié)構(gòu)抗震性能的影響也不一定是線性的。2、在模型中地震波衰減比較快，在樁長(zhǎng)比較短的情況下，樁基受到地震波的影響比較小，所以上部結(jié)構(gòu)的位移比較小；而樁基增加一定長(zhǎng)度以后，其所受地震波影響增大，而錨固作用

37、由于樁長(zhǎng)不夠也沒(méi)有能夠很好的體現(xiàn)出來(lái)，所以上部結(jié)構(gòu)的位移有一個(gè)增大的過(guò)程。當(dāng)樁基長(zhǎng)度繼續(xù)增加，其錨固作用充分體現(xiàn)出來(lái)以后，上部結(jié)構(gòu)位移就持續(xù)減少了。從以上分析可以看出，在本模型中，在36米以上，樁長(zhǎng)與上部結(jié)構(gòu)的抗震能力是成正比的。但樁長(zhǎng)并不是越長(zhǎng)越好，需要綜合考慮增加樁長(zhǎng)帶來(lái)的好處和其需要付出的代價(jià)，包括工程造價(jià)的升高和施工難度上的增加，然后比較得出特定工程中的樁長(zhǎng)最優(yōu)值。再用同樣模型，同樣樁長(zhǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比樁的頂、底最大相對(duì)位移和樁長(zhǎng)的曲線關(guān)系（同樣假定變化為線性變化） ，然后可以得到圖9?？梢钥闯觯瑯堕L(zhǎng)從25米到55米的過(guò)程中，隨著樁長(zhǎng)的增加，樁頂、底最大相對(duì)水平位移的最大值平穩(wěn)增加，樁長(zhǎng)

38、每增加10米， 圖圖9 9 樁頂、底最大相對(duì)位移樁頂、底最大相對(duì)位移- -樁長(zhǎng)樁長(zhǎng)曲線曲線位移值增加約lmm。隨著樁長(zhǎng)增大，樁相對(duì)位移增大的原因是樁基底部逐漸靠近基巖，樁基受到地震波的影響逐漸增大。同樣地震條件下，樁的抗震性能應(yīng)該是由樁基的單位長(zhǎng)度最大相對(duì)位移，而不是樁頂?shù)鬃畲笙鄬?duì)位移來(lái)決定。經(jīng)過(guò)計(jì)算表明，隨著樁長(zhǎng)的增加，雖然樁頂?shù)紫鄬?duì)位移有增加，但是樁的單位長(zhǎng)度水平相對(duì)位移是遞減的，這說(shuō)明隨著樁長(zhǎng)增加，樁基本身的抗震性能也隨之提高。3.3.23.3.2樁徑對(duì)共同作用抗震的影響：樁徑對(duì)共同作用抗震的影響：在保持原模型以及前提條件都不變的情況下，將樁徑從450mm逐漸加大到1000mm，然后分別

39、進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算。因?yàn)闃稄降淖兓饕求w現(xiàn)在樁的抗側(cè)移剛度的變化上，所以在有限元計(jì)算模型中，樁徑的變化主要通過(guò)對(duì)樁的材料性質(zhì)的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。建模計(jì)算可知，改變樁徑對(duì)框架或樁頂?shù)乃轿灰萍跋鄬?duì)位移影響不大。下面對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步分析。圖圖1010 框架頂、底負(fù)向最大相對(duì)位移一樁徑曲線框架頂、底負(fù)向最大相對(duì)位移一樁徑曲線首先分析的是樁徑的改變對(duì)框架頂、底負(fù)向最大相對(duì)位移的關(guān)系。由圖可知，隨著樁徑增大，上部框架結(jié)構(gòu)頂、底水平相對(duì)位移的絕對(duì)值持續(xù)減小。當(dāng)樁徑在450mm-600mm間變化時(shí)，位移的減幅度比較大；隨著樁徑的繼續(xù)增加，位移的減幅逐漸趨于平緩。每次擴(kuò)大樁徑對(duì)水平相對(duì)位移的影響都僅在0.2mm左右?？紤]

40、曲線發(fā)展趨勢(shì)，可以認(rèn)為在樁徑不大時(shí)，將其擴(kuò)大對(duì)減小上部結(jié)構(gòu)頂?shù)紫鄬?duì)位移的作用比較明顯；而在達(dá)到某個(gè)恰當(dāng)?shù)闹抵螅^續(xù)擴(kuò)大樁徑對(duì)減小位移的作用就很小了。本次模擬計(jì)算而言，選取樁徑450*450mm是比較合理的，擴(kuò)大到600*600mm樁徑可以得到一定的改善，但效果不是非常明顯。而繼續(xù)擴(kuò)大到800*800mm，乃至1000mm，其效果將持續(xù)降低。圖圖1111 框架頂、底正向最大相對(duì)位移框架頂、底正向最大相對(duì)位移- -樁徑曲線樁徑曲線接下來(lái)討論樁徑對(duì)框架頂、底正向最大相對(duì)位移的影響。在樁-土共同作用的動(dòng)力相互作用研究中，樁基的位移情況，包括樁頂、樁底的水平位移是比較受關(guān)注的。而對(duì)樁基影響比較大的是其

41、相對(duì)位移。由圖11可見，隨著樁徑的增大，樁頂、底的水平相對(duì)位移絕對(duì)值持續(xù)降低。在從45*450mm增大到600*600mm的過(guò)程中表現(xiàn)得尤為明顯。而從800*800mn到1000mm的過(guò)程中曲線很平緩，幾乎沒(méi)什么變化。由此可見，在樁徑比較小的情況下，其改變對(duì)樁本身在地震荷載下的頂、底相對(duì)位移的影響比較明顯，而當(dāng)樁徑擴(kuò)大到一定程度以后，繼續(xù)增大對(duì)于降低樁基頂?shù)孜灰频淖饔梅浅Ｐ　?.43.4 其他方面的研究成果其他方面的研究成果(1) 由于振動(dòng)問(wèn)題都必須避免發(fā)生共振。設(shè)計(jì)時(shí)避免建筑物的自振周期與建筑場(chǎng)地的卓越周期遇合使建筑物結(jié)構(gòu)振動(dòng)放大。地震時(shí)地基內(nèi)基巖上的表土層愈厚, 建筑場(chǎng)地土的卓越周期愈長(zhǎng)。

42、建筑場(chǎng)地的土的類別和基巖上覆蓋土層的厚度是影響地震烈度最明顯的因素。(2) 基礎(chǔ)隔振和減振是利用基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)間相互作用來(lái)約束和牽制地震荷載在其相互反饋過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用的。(3) 設(shè)計(jì)良好的抗震結(jié)構(gòu)體系,其抗震動(dòng)能力綜合表現(xiàn)在強(qiáng)度、剛度和變形能力的三者統(tǒng)一上。必須從地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同工作相互作用的整體出發(fā)。(4) 建筑物的豎向荷載和地震荷載都是越到下層越大。同時(shí),上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的共同工作、相互作用使上部結(jié)構(gòu)的下面幾層產(chǎn)生次應(yīng)力。因此,加強(qiáng)基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)接觸部位的整體強(qiáng)度、整體剛度和耐久性尤為重要。(5) 磚混結(jié)構(gòu)要確保基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的整體剛度,加強(qiáng)基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)接觸部位的整體強(qiáng)度

43、和剛度。把地圈梁和構(gòu)造柱直接設(shè)置在基礎(chǔ)板上,并使其鋼筋與基礎(chǔ)底板的鋼筋牢固錨接。( 6) 箱基或筏基一是剛度大, 二是橫向整體傾斜。對(duì)于高層、超高層建筑選用樁箱(筏) 基礎(chǔ)可大大改善橫向整體傾斜,加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的整體剛度,明顯改善和增強(qiáng)高層建筑的抗震性能。4 4、外國(guó)研究的問(wèn)題以及進(jìn)展、外國(guó)研究的問(wèn)題以及進(jìn)展4.14.1 考慮土考慮土- -結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)鄰近建筑的抗震研究結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)鄰近建筑的抗震研究有項(xiàng)研究演變了一個(gè)擱置在沖擊過(guò)程中的粘彈性接觸力模型連接的建筑物的土壤上的鄰近建筑的數(shù)字模型。當(dāng)建筑物同時(shí)沖擊時(shí)，這種接觸力模型就被激活了。在這個(gè)研究中呈現(xiàn)和討論了鄰近建筑的動(dòng)態(tài)特性和它

44、們的抗震響應(yīng)。每一個(gè)建筑構(gòu)造擁有 3 個(gè)明顯的基本周期；2 個(gè)是關(guān)于任意的建筑和 1 個(gè)是關(guān)于那些受沖擊建筑的基本周期位于建筑物的個(gè)別基本周期直接的受沖擊的建筑物，更加接近高而柔的建筑。相關(guān)的土壤可以引起所有這3 個(gè)基本周期的一個(gè)延長(zhǎng)。計(jì)算了受到正弦地面加速度和不同的地震加速度影響的鄰近建筑的地震響應(yīng)。這項(xiàng)結(jié)果顯示了沖擊引起了更小的位移但是在柔性建筑中產(chǎn)生了更大的層間剪力。同時(shí)由于沖擊，在剛性建筑中增加了位移和層間剪力。由于沖擊相比那些可以看到的在 FB 條件下的建筑，相關(guān)的土壤（SSSI）在這兩種建筑中增加了位移和產(chǎn)生了層間剪力?？傊?，沖擊削弱了鄰近建筑的條件，相關(guān)的土壤可以將其放大。在建筑

45、設(shè)計(jì)中考慮沖擊作用應(yīng)該和相關(guān)土壤一起建立模型去創(chuàng)建最安全的總設(shè)計(jì)。忽略相關(guān)土壤的作用可能導(dǎo)致不理想和非保守的設(shè)計(jì)與不利的后果。4.24.2 考慮土考慮土- -結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)細(xì)長(zhǎng)碼頭的抵抗彈塑性地震反應(yīng)研究結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)細(xì)長(zhǎng)碼頭的抵抗彈塑性地震反應(yīng)研究根據(jù)碼頭，鐵路橋在土-結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)身材修長(zhǎng)的特點(diǎn)，考慮到使用水平和轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧元件和基于ANSYS有限元分析模型的建立。同時(shí)，根據(jù)適用的鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范合理的強(qiáng)震記錄，細(xì)長(zhǎng)碼頭，鐵路橋梁考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用彈塑性地震反應(yīng)的非線性時(shí)程分析進(jìn)行。這項(xiàng)研究的結(jié)果，得到如下：(1)在考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的影響，細(xì)長(zhǎng)碼頭的彈塑性地震反應(yīng)將接近真實(shí)值。(2)

46、較軟的土壤條件下會(huì)放大細(xì)長(zhǎng)碼頭的彈塑性地震反應(yīng)分析。(3)地基系數(shù)的比例系數(shù)也是一個(gè)重要的因素，這將放大得到的結(jié)果。4.34.3 高層建筑考慮土高層建筑考慮土- -樁樁- -結(jié)構(gòu)相互作用的地震響應(yīng)結(jié)構(gòu)相互作用的地震響應(yīng)許多高層建筑樁基礎(chǔ)上建造在軟土的地震活躍地區(qū)。這種結(jié)構(gòu)的行為有很大的影響是由非線性土-樁基礎(chǔ)在強(qiáng)地震下的相互作用引起的。有很多的方法是考慮到動(dòng)態(tài)的樁土相互作用，但它們通常是基于假設(shè)，土壤按照線性彈性或粘彈性的法則與樁基完美地結(jié)合到了一起。然而，在實(shí)踐中，土壤和樁之間的接合是很少完美，滑動(dòng)或者分離就常發(fā)生在接觸區(qū)域。在這項(xiàng)研究中，土壤樁系統(tǒng)是模擬的邊界區(qū)域與非反射界面模型。該模型是

47、一個(gè)近似的，但簡(jiǎn)單和現(xiàn)實(shí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的樁土系統(tǒng)的非線性。使用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算在線性和非線性的情況下的樁柱的剛度和阻尼。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算方法對(duì)樁基礎(chǔ)的有效性的進(jìn)行了驗(yàn)證，同時(shí)也對(duì)樁基礎(chǔ)和群體效應(yīng)的非線性特征進(jìn)行檢查。對(duì)于不同基礎(chǔ)條件支持下的高層建筑的震動(dòng)反應(yīng)的檢驗(yàn)得出了如下的結(jié)論：1、樁基的非線性表現(xiàn)可以被零邊界伴隨非反射界面的模型激發(fā)。模型的合法性被全尺寸樁基關(guān)于線性和非線性的振動(dòng)的動(dòng)力實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。當(dāng)考慮樁基的非線性特性，建筑的固有頻率減小，位移相對(duì)線性情況有所增加。2、土壤-樁基-結(jié)構(gòu)在振動(dòng)環(huán)境下的相互作用問(wèn)題是復(fù)雜的。隨著上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的可以分離開來(lái)進(jìn)行分析，下部結(jié)構(gòu)理論是簡(jiǎn)單而實(shí)際操作的。3

48、、支撐在樁基上的高層建筑的地震反應(yīng)不同于支撐在淺基礎(chǔ)或剛性基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)往往在低于固有頻率時(shí)屈服，和更加大于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的位移振幅。既然剛性被高估了而阻尼被低估了，則關(guān)于固定在剛性基礎(chǔ)而沒(méi)有土壤-結(jié)構(gòu)的相互作用的高層建筑的理論性的預(yù)測(cè)就不能呈現(xiàn)真實(shí)的地震反應(yīng)。4、樁基的非線性和群樁效應(yīng)是影響高層建筑地震反應(yīng)的兩個(gè)重要因素。設(shè)計(jì)一個(gè)安全而經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)需要對(duì)支撐在樁基上的高層建筑有一個(gè)合理的振動(dòng)分析。5 5、結(jié)論與展望、結(jié)論與展望由于現(xiàn)階段有關(guān)考慮樁土共同作用面的文獻(xiàn)大多是研究豎向力作用，而在研究水平力作用方面的文獻(xiàn)不多，大多設(shè)計(jì)也沒(méi)有考慮地基水平剛度的影響，將地基建入模型的工程設(shè)計(jì)實(shí)例更少，要么認(rèn)

49、為地基的水平剛度無(wú)窮大，要么就是根據(jù)地基的大致分類進(jìn)行譜分析。這在很多情況下是與事實(shí)不相符的。很多文獻(xiàn)都是就是根據(jù)前人的一些地基單元假設(shè)，將地基建入模型中進(jìn)行抗震分析，從而得出考慮共同作用的重要性，更主要的是為考慮共同作用的設(shè)計(jì)提供一種較為方便的方法。同時(shí)外國(guó)的文獻(xiàn)基本都將土體和結(jié)構(gòu)的共同作用的發(fā)展目光集中于橋或者水壩上面。而橋梁和水壩所受到的橫向荷載中，地震力的影響就會(huì)被削弱，所以外文文獻(xiàn)也比較少關(guān)注土-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)共同作用在抗震方面的影響。再加上現(xiàn)在的技術(shù)，地震實(shí)驗(yàn)一般是使用地震臺(tái)完成，而地震的突發(fā)性等原因讓我們無(wú)法投入大量的人力物力去檢測(cè)或等待考慮共同作用之后設(shè)計(jì)的建筑在地震作用下能實(shí)際發(fā)

50、生的破壞，我們只能使用計(jì)算機(jī)和軟件模擬地震作用來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的抗震反應(yīng)。這樣模擬出來(lái)的數(shù)據(jù)自然就沒(méi)有實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)得準(zhǔn)確。同時(shí)我們的模擬還受制于計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。不過(guò)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，將來(lái)或許計(jì)算機(jī)容量不再成為共同作用問(wèn)題的束縛，因此，基于精細(xì)化模型的建筑結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基體系共同作用研究會(huì)成為將來(lái)的趨勢(shì)，影響共同作用分析結(jié)果的數(shù)十種非線性特征同時(shí)予以考慮，采用大量的實(shí)際地震波記錄輸入，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理采用基于概率的方法處理結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)數(shù)據(jù)，將會(huì)大大增加數(shù)值計(jì)算的可信度，從而用來(lái)指導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)工程實(shí)際應(yīng)用?？傊? 在我國(guó)地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)共同作用的抗震分析研究者甚多, 研究成果也比較多, 但基本還停留在理論研究階段, 還沒(méi)有運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中去, 只能定性的指導(dǎo)設(shè)計(jì)上要考慮軟土地基該建剛-點(diǎn)的結(jié)構(gòu), 剛性地基上則最好建立柔一點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)階段還沒(méi)有很實(shí)用很準(zhǔn)確的分析共同作用的方法, 因此這種定性的認(rèn)識(shí)上還存在很多問(wèn)題, 對(duì)應(yīng)某幾種剛度組成的層狀土地基中如何取上部結(jié)構(gòu)的剛度才是最安全經(jīng)濟(jì)的, 將地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)共同作用的抗震分析實(shí)際工程應(yīng)用化將是這一研究的發(fā)展方向, 為此還需要科研人員不斷的努力與開發(fā)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1、王偉，楊堯志，地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同作用抗震性能分析J.武漢水利電