钢框架核心筒结构与岩溶地基-桩筏基础共同作用地震响应分析

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我国是一个面积辽阔、存在多种地质场地的国家,随着城市化进程的推进,在复杂地质场地修建高层建筑不可避免;近年来,我国多次发生地震灾害,造成了较大的人员伤亡和财产损失;目前,常规设计法(将上部结构、地基和基础分别分析)和经验法是岩溶区高层建筑主要的设计方法,常规设计法的分析结果与实际情况差别较大。因此,岩溶区高层建筑与地基基础共同作用体系的地震响应分析有待进一步研究。  本文运用ABAQUS建立了岩溶地基—桩筏基础—钢框架核心筒结构共同作用模型,采用数值模拟的方法对该共同作用体系做了以下几方面研究:  (1)阐述了国内外共同作用的研究成果及发展现状,查阅相关资料,简单总结了岩溶区的工程地质特点和地震特点。其中,岩溶区的土质以红粘土为主,碳酸盐岩石层分布广泛,大大小小的溶沟和溶洞存在于岩石层中,在实际工程中,应对这种特殊的地质条件引起重视,采取相应的措施处理。岩溶区地震的特点是“小震级高烈度”,选取了EI-Centro波,按照规范调幅后,将其反演至基岩处,作为输入的实际地震波。  (2)总结概括了常见基础形式及其特点,重点介绍了桩筏基础的特点以及桩筏基础在岩溶区的应用现状。阐述了高层建筑与地基—桩筏基础共同作用分析的原理和方法,确定了地基土的本构模型和边界条件。  (3)建立了岩溶区地基—桩筏基础—钢框架核心筒结构共同作用模型,对上部结构的地震响应进行分析。结果表明:考虑共同作用后,地震波从基岩传至地表被放大,使上部结构的动力响应增大,另外,地基和桩筏基础在地震作用下与上部结构一起运动,使上部结构变形的协调性更好,上部结构的位移增大,层间位移角减小。  (4)分析了桩间土弹性模量和桩径对共同作用体系地震响应的影响。结果表明:在一定范围内,随着桩间土弹性模量增大,上部结构和桩筏基础的地震响应减小;上部结构的动力响应对桩径的变化不敏感,桩的弯矩和剪力与桩径的变化趋势相同。  (5)建立岩溶地基—桩筏基础—带加强层钢框架核心筒结构共同作用模型,分析加强层数量和加强层刚度对结构地震响应的影响。结果表明:上部结构的层间位移角和位移随着加强层数量的增多而减小,加强层数量越多,上部结构层间位移角和位移减小的效率越低;设置加强层的部分,层间位移角发生突变;加强层刚度增大,上部结构的位移和层间位移角总体减小,但减小的程度十分有限。因此,加强层的数量和刚度要适当。
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