地基土——高層建筑相互作用的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法.pdf

1、隨著現(xiàn)代化大城市的迅速發(fā)展,用地緊張的問(wèn)題日益凸顯,高層建筑以其能夠節(jié)約城市用地,有效利用建筑空間等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被人們所采納。而我國(guó)地處地震多發(fā)區(qū),由此,高層建筑的抗震問(wèn)題也日益受到工程界的關(guān)注。建筑結(jié)構(gòu)的震害與地基條件密切相關(guān),因此,在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)和分析過(guò)程中考慮土一結(jié)構(gòu)相互作用的影響十分必要。但對(duì)于現(xiàn)有的分析手段而言,計(jì)算成本高、過(guò)程繁瑣、難以在實(shí)際工程中操作應(yīng)用等因素是影響土一結(jié)構(gòu)相互作用分析的關(guān)鍵難題,尋求一種高效便捷的數(shù)值

2、模擬方法具有重要的理論意義和工程價(jià)值。因此,課題針對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題做了一系列的工作,主要的創(chuàng)新工作與成果有:
　　 (1)對(duì)動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法的研究現(xiàn)狀及其分類進(jìn)行了探討。重點(diǎn)針對(duì)動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法中的約束模態(tài)綜合法進(jìn)行了細(xì)致的討論,并將其應(yīng)用到土-高層建筑相互作用體系的模態(tài)分析以及彈性時(shí)程分析過(guò)程中,同時(shí)對(duì)非比例阻尼體系中阻尼矩陣的處理以及對(duì)接界面自由度的縮減方法進(jìn)行了一些探討,由算例的分析過(guò)程可知,約束模態(tài)綜合法對(duì)于土-高層建筑相互作用體

3、系的模態(tài)分析以及彈性時(shí)程分析是完全適用的;
　　 (2)在深入分析約束模態(tài)綜合法原理的基礎(chǔ)上,定義了由不同主模態(tài)截?cái)嚯A數(shù)產(chǎn)生的位移向量組成的線性空間,建立該空間上的一個(gè)函數(shù),通過(guò)數(shù)學(xué)定理詳細(xì)證明了該函數(shù)是線性空間上的范數(shù),并以該范數(shù)的最大值定義勢(shì)能判據(jù),推導(dǎo)出勢(shì)能判據(jù)與子結(jié)構(gòu)主模態(tài)截?cái)鄶?shù)量之間的關(guān)系,據(jù)此提出了一種基于勢(shì)能判據(jù)的子結(jié)構(gòu)主模態(tài)截?cái)鄿?zhǔn)則——?jiǎng)菽芘袚?jù)截?cái)鄿?zhǔn)則,為約束模態(tài)綜合法的應(yīng)用提供了便利條件;
　　 (3)

4、針對(duì)二維模型,利用約束模態(tài)綜合法,根據(jù)結(jié)構(gòu)存在局部塑性區(qū)域的特點(diǎn),提出了線性-非線性混合的約束模態(tài)綜合法。該方法的基本思路是:對(duì)于荷載作用下整體體系中不易進(jìn)入非線性階段的部件,將其劃分為線性子結(jié)構(gòu),而將體系中易進(jìn)入非線性階段、產(chǎn)生塑性變形的局部部件獨(dú)立劃分為非線性子結(jié)構(gòu),通過(guò)坐標(biāo)變換來(lái)縮減線性子結(jié)構(gòu)的自由度,最終與物理坐標(biāo)下的非線性子結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合求解。二維地基土-高層建筑非線性地震響應(yīng)分析表明線性-非線性混合的約束模態(tài)綜合法是有效的,并

5、且計(jì)算結(jié)果具有較高的求解精度和計(jì)算效率。
　　 (4)將線性-非線性混合的約束模態(tài)綜合法推廣至三維模型的動(dòng)力分析問(wèn)題中,給出了當(dāng)非線性子結(jié)構(gòu)與多個(gè)線性子結(jié)構(gòu)存在邊界耦合情況的計(jì)算方法。針對(duì)兩種不同的整體土域邊界條件分別進(jìn)行了多組地震動(dòng)激勵(lì)作用下的動(dòng)力時(shí)程分析,算例結(jié)果驗(yàn)證了方法的精確性與有效性。同時(shí)針對(duì)非線性土體區(qū)域范圍的多種不同取值進(jìn)行了多組數(shù)值試驗(yàn),數(shù)值試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了當(dāng)對(duì)分析具有一定經(jīng)驗(yàn)時(shí),采用線性-非線性混合的約束

6、模態(tài)綜合法能夠在更大程度上提高計(jì)算效率;
　　 (5)為了便于在專業(yè)設(shè)計(jì)軟件中考慮土-結(jié)相互作用的影響,在線性-非線性混合的約束模態(tài)綜合法以及分枝模態(tài)法的基礎(chǔ)上,提出了適用于非線性土-結(jié)構(gòu)相互作用體系的分枝模態(tài)與約束模態(tài)的混合方法。在該混合方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了混合二步分析法。分析結(jié)果表明,該混合二步分析法在實(shí)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)和地基土“分開(kāi)”計(jì)算的同時(shí),還能夠考慮結(jié)構(gòu)與地基土的材料非線性特性,有利于采用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件僅通過(guò)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)