本文選題：高層建筑　切入點(diǎn)：基礎(chǔ)剛度　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)剛度是一種客觀存在,其對(duì)上部結(jié)構(gòu)的約束作用必然是有限的,理論上,高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)完全嵌固是不可能實(shí)現(xiàn)的。有限的基礎(chǔ)剛度將影響整體結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度及自振特性,改變建筑結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期工作性能;外荷載作用下,基礎(chǔ)可能發(fā)生水平側(cè)移、豎向沉降及轉(zhuǎn)動(dòng)變形,進(jìn)而對(duì)上部結(jié)構(gòu)的抗震性能及整體穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響,基礎(chǔ)剛度效應(yīng)關(guān)系到建筑物的正常使用和結(jié)構(gòu)的安全。本質(zhì)上,基礎(chǔ)剛度效應(yīng)屬于地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)共同工作研究范疇,國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究可以追溯到二十世紀(jì)初,眾多學(xué)者進(jìn)行了多層次、多角度的科學(xué)研究工作,土與結(jié)構(gòu)相互作用的重要性也逐漸被人們所認(rèn)識(shí),課題積累了大量的研究成果,朝著正確反映實(shí)際結(jié)構(gòu)工作機(jī)理、工作狀態(tài),使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理正確的方向取得了重大的進(jìn)展。但是,由于共同工作課題牽扯的面廣量大、十分復(fù)雜,其成果完整應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚待時(shí)日。目前,各國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和工程設(shè)計(jì)實(shí)踐一般采用嵌固端或不動(dòng)鉸計(jì)算假定,忽略基礎(chǔ)剛度對(duì)上部結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)及整體穩(wěn)定性能的影響。針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)剛度效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析,提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)剛度控制方法,解決工程實(shí)際問題,顯得尤為迫切且具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題從基礎(chǔ)剛度計(jì)算模擬入手,重點(diǎn)研究了有限基礎(chǔ)剛度對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能及整體穩(wěn)定性能的影響,此基礎(chǔ)上,提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)剛度控制的理念及量化方法,研究成果對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。課題研究按照基礎(chǔ)剛度計(jì)算模擬、基礎(chǔ)剛度效應(yīng)理論分析、有限元數(shù)值分析、試驗(yàn)對(duì)比分析、工程應(yīng)用的順序,循環(huán)漸進(jìn),層層深入。主要研究?jī)?nèi)容及成果闡述如下:在基礎(chǔ)剛度計(jì)算模擬層面,匯總了美國(guó)規(guī)范、技術(shù)報(bào)告、學(xué)術(shù)論文相關(guān)研究成果,以土層平均有效剪切波速作為基礎(chǔ)剛度計(jì)算的重要依據(jù),提出了高層建筑動(dòng)力基礎(chǔ)剛度計(jì)算的基本流程。近似考慮地基應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng),提出了淺基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度改進(jìn)模擬方法,實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與豎向剛度的完全耦合。開發(fā)了高層建筑基礎(chǔ)剛度計(jì)算分析圖形用戶界面程序,實(shí)現(xiàn)了淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)、地下室外墻等抗震動(dòng)力基礎(chǔ)剛度的程序求解,便于應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了考慮基礎(chǔ)剛度影響的高層建筑結(jié)構(gòu)ABAQUS模型接口程序,提高了復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型的建模效率,適用于有限基礎(chǔ)剛度高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析。在理論分析層面,以剪切型、彎曲型及彎剪型結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,建立了結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖,推導(dǎo)了采用連續(xù)化方法求解高層建筑因基礎(chǔ)變形引起的結(jié)構(gòu)變形及其內(nèi)力重分布的近似解析解,為定量、定性分析高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)剛度效應(yīng)提供了理論依據(jù)。論述了基礎(chǔ)平動(dòng)、豎向及轉(zhuǎn)動(dòng)剛度對(duì)上部結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度、內(nèi)力分布和整體穩(wěn)定等主要結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,從控制結(jié)構(gòu)側(cè)剛退化、內(nèi)力轉(zhuǎn)移、整體穩(wěn)定三個(gè)方面出發(fā),提出了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度比限值要求,理念創(chuàng)新、概念重要、方法簡(jiǎn)明。在有限元數(shù)值分析層面,以典型鋼筋混凝土框架和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,采用振型分解反應(yīng)譜法和彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析方法,通過改變上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及土體剪切波速實(shí)現(xiàn)多參數(shù)分析,探討了不同建筑場(chǎng)地類別基礎(chǔ)剛度退化情況下上部結(jié)構(gòu)的抗震性能,并將計(jì)算結(jié)果與基礎(chǔ)嵌固情況進(jìn)行分析對(duì)比。引入增量動(dòng)力分析,探討了基礎(chǔ)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)彈性階段直至倒塌全過程中能量耗散機(jī)制和內(nèi)力分布規(guī)律的影響。在試驗(yàn)對(duì)比分析層面,進(jìn)行了基礎(chǔ)嵌固和有限基礎(chǔ)剛度的大比例鋼筋混凝土框架-剪力墻模型結(jié)構(gòu)的靜力推覆試驗(yàn)研究,考察了引入有限基礎(chǔ)剛度前后結(jié)構(gòu)的裂縫開展、屈服順序、破壞機(jī)理及承載能力的變化。采用實(shí)體單元,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)靜力推覆試驗(yàn)的有限元仿真模擬,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)有限元建模方法的正確性和分析結(jié)果的精確性。結(jié)合試驗(yàn)及有限元計(jì)算結(jié)果,初步提出了考慮基礎(chǔ)剛度影響的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)建議。本課題研究成果應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基于自主開發(fā)的基礎(chǔ)剛度計(jì)算分析及模型接口程序,實(shí)現(xiàn)了考慮基礎(chǔ)剛度影響的超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析,揭示了基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度比限值要求對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要意義,提高了該工程的結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU973.3
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本文編號(hào)：1600580