本文關鍵詞：剛性樁復合地基—基礎—上部結構整體抗震性能的簡化算法研究　出處：《鄭州大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：剛性樁復合地基是二十世紀初形成的一種全新的地基處理形式,它可以使地基土和增強體相互協(xié)作共同承擔上部結構傳到地基上的荷載,從而增加地基的承載能力、減小基礎和上部結構沉降;剛性樁復合地基具有施工簡單快速、節(jié)省施工成本等特點,受到工程界人士的青睞,在工程中應用廣泛。然而現(xiàn)在的工程界人士對剛性樁復合地基的工作原理還不太清楚,特別是對剛性樁復合地基抗震性能更是一無所知。實際工程設計時,往往忽略地震對復合地基性能的影響,這就有可能使上部結構存在安全隱患。目前對剛性樁復合地基-基礎-上部結構整體抗震性能的研究,以模型試驗和有限元數(shù)值模擬為主。模型試驗需要耗費非常多的人力、時間和金錢,而數(shù)值模擬建模困難,工程設計中難以采用。本文針對上述問題,通過理論推導建立了一種剛性樁復合地基-基礎-上部結構整體抗震性能的簡化算法,大大降低了剛性樁復合地基整體抗震分析的難度,可應用于如今的工程設計中,提高了工作效率。本文主要從下面幾點著手研究:(1)建立單樁復合地基-基礎-上部結構的整體簡化模型,分別推導各個部分的動力微分方程,然后根據(jù)整體模型的邊界條件和各個部分的相互作用條件,得到整體體系地震響應的運動微分方程,并構造合適的差分格式求解動力微分方程,最終求得地震作用下整個模型的動力響應;(2)采用Matlab軟件編制了單樁復合地基-基礎-上部結構整體抗震分析程序,計算分析了單樁復合地基-基礎-上部結構的地震動響應,并與已有研究成果進行對比,驗證本文簡化算法的可靠性。然后,根據(jù)并樁原則把群樁復合地基合并成單樁復合地基,建立剛性樁復合地基-基礎-上部結構整體抗震的簡化算法;(3)選取適宜的地震波研究剛性樁復合地基-基礎-上部結構的抗震性能,分析各個部分在多遇和罕遇地震作用下的動力響應,通過對比發(fā)現(xiàn),在多遇地震作用下,復合地基的減震作用不明顯,上部結構的計算結果與不考慮復合地基時的計算結果差別不大;在罕遇地震作用下,復合地基的減震效果較為顯著,上部結構的震動響應改變非常顯著。(4)最后,研究褥墊層模量、厚度,剛性樁樁徑、樁長,對整體模型抗震性能的影響。通過分析發(fā)現(xiàn)褥墊層厚度的改變對模型動力響應影響不大,增大褥墊層的模量既增大了樁頂和樁底的剪力又使樁身的彎矩有所增大,對樁身造成不利的影響;墊層模量增大時,上部結構的樓層最大位移和最大層間位移均變化較大。樁徑越大,樁越短,上部結構位移越大,樁體的彎矩和剪力越大,但是增加到一定范圍后逐漸的趨于穩(wěn)定。
[Abstract]:Rigid pile composite foundation is a new type of foundation treatment formed at the beginning of 20th century. It can make the foundation soil and the reinforcement cooperate with each other to bear the load from the superstructure to the foundation. Thus, the bearing capacity of foundation is increased and the settlement of foundation and superstructure is reduced. Rigid pile composite foundation has the characteristics of simple and fast construction, saving construction cost and so on, so it is favored by engineers. It is widely used in engineering. However, the working principle of rigid pile composite foundation is not clear, especially the seismic performance of rigid pile composite foundation. The influence of earthquake on the performance of composite foundation is often ignored, which may make the superstructure have hidden danger of safety. At present, the seismic behavior of rigid pile composite foundation-foundation-superstructure is studied. Model test and finite element numerical simulation are the main parts. Model test requires a lot of manpower, time and money, but numerical simulation is difficult to model, so it is difficult to use in engineering design. A simplified algorithm for seismic behavior of rigid pile composite foundation-foundation-superstructure is established by theoretical derivation, which greatly reduces the difficulty of whole seismic analysis of rigid pile composite foundation. It can be applied to the engineering design of today and improve the working efficiency. This paper mainly studies the following points: to establish a simplified model of single pile composite foundation-foundation-superstructure. The dynamic differential equations of each part are derived, and then according to the boundary conditions of the global model and the interaction conditions of each part, the kinematic differential equations of the seismic response of the whole system are obtained. An appropriate difference scheme is constructed to solve the dynamic differential equations, and finally the dynamic response of the whole model under earthquake action is obtained. (2) the program of seismic analysis of single pile composite foundation-foundation-superstructure is compiled by Matlab software, and the seismic response of single pile composite foundation-foundation-superstructure is calculated and analyzed. And compared with the existing research results, verify the reliability of the simplified algorithm. Then, according to the principle of co-pile, the composite foundation of pile group is combined into single pile composite foundation. A simplified seismic algorithm of rigid pile composite foundation, foundation and superstructure is established. 3) selecting suitable seismic wave to study the seismic behavior of rigid pile composite foundation, foundation and superstructure, and analyzing the dynamic response of each part under the action of frequent and rare earthquakes, and finds out by comparison. Under the action of frequent earthquakes, the seismic absorption of composite foundation is not obvious, and the calculation results of superstructure are not different from those of the composite foundation without considering the composite foundation. Under the action of rare earthquake, the damping effect of composite foundation is obvious, and the vibration response of superstructure is very significant. Finally, the cushion modulus, thickness, rigid pile diameter and pile length are studied. Through the analysis, it is found that the change of cushion thickness has little effect on the dynamic response of the model. Increasing the modulus of cushion not only increases the shear force on the top and bottom of the pile, but also increases the bending moment of the pile body, which has an adverse effect on the pile body. When the modulus of cushion increases, the maximum floor displacement and the maximum interstory displacement of the superstructure vary greatly. The larger the pile diameter, the shorter the pile, the larger the displacement of the superstructure, the greater the bending moment and shear force of pile. But after increasing to a certain range, gradually tend to stabilize.
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU435;TU352.11

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本文編號：1402238