考虑土-基础-结构相互作用的网壳结构地震响应特征分析.pdf免费

第十届全网现代结构T程学术研讨会 考虑土一基础一结构相互作用的网壳结构地震 响应特征分析 孙艳坤，薛素铎，李雄彦 (北京工业大学建筑工程学院，北京100124) Gazetas等提出的公式计算得出基础动力阻抗，将土对基础的动、静力作用简化为弹簧一阻尼体系作用 提要：基于George 在结构上，建立了考虑土一基础一结构相互作用网壳结构的有限元计算模型。分析了土一基础一结构相互作用对球面网壳 的静内力、自振特性和地震响应的影响。分析表明，考虑土一基础一结构相互作用时结构自振周期延长，相互作用对网 壳结构的静内力影响较小，但对地震响应有一定的影响。以Ⅲ类场最为显著。因此，对于Ⅲ类场上的网壳结构应采用 相互作用模型分析其地震响应． 关键词：网壳结构：土一基础一结构相互作用；有限元分析：地震响应 一、 引言 传统结构抗震设计方法均基于刚性地基假设，未考虑土一地基一结构相互作用的影响。然而，在实际工 程中，上部结构、基础和土作为一个整体共同抵抗外部荷载作用，因此现有分析方法与结构实际受力状态 存在一定差异。 为考察上述差异，国内外学者对土一基础一结构相互作用进行了大量研究，取得许多理论性和实践性的 成果，这些研究结果主要集中在框架¨。23与桥梁旧’4。结构上。相对而言，空间网格结构的研究主要体现在上 部结构和支承体系的相互影响方面油吲。对于土一基础一结构相互作用对网壳结构受力特性的系统性研究相对 匮乏，相关研究多集中在行波效应方面【71。为考察土一结构相互作用对网壳结构受力和动力特性的影响，基 Gazetas等提出的公式计算得出基础动力阻抗，将土对基础的动、静力作用简化为弹簧一阻尼体系 于George 作用在结构上。建立了考虑土一基础一结构相互作用网壳结构的有限元计算模型，系统研究了土一基础一结构 相互作用对空间网壳结构静内力、自振特性和和地震响应的影响。 二、计算模型 (一)土体参数 基于大量的试验和数值研究，综合考虑了基础接触应力分布、基础底面形式、基础埋置深度、激励种 类和频率以及地基性质等因素影响，文献f8】总结出任意形状埋置浅基础的动力阻抗公式，将土对基础的作 用简化为弹簧和阻尼体系。 对于任意底面形状的埋置基础，其在Y轴方向的水平刚度和摇摆刚度公式如下： K，：婴(2+2．5∥) (1) 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划． 工业建筑2010增刊 867 第十届全国现代结构工程学术研讨会 b鼬=t引l+0．15(D)05】【l+o．52(鲁)¨】 (2) K,,=．3一(7yio‘75(≯5 (3) h锄瑙叫(1-0．20％){1+0．92(d)06【1．5峥．9(争】} (4) 式中：髟与b为表面基础Y轴方向水平刚度与摇摆刚度；髟。。lnb与岛，。Inb为埋置基础Y轴方向水平刚 度与摇摆刚度；D为基础埋置深度；d为基础侧面与土的接触深度；h=D．d／2：B为基础底面外围宽度；L ， 为基础底面外围长度；，v为基础底面关于Y轴的极惯性矩；A。为基础侧面与土之间接触的面积；z=‘熹 其中Ab为基础实际底面积大小‰=了mB，其中甜为地震波的主要频率，K为土中的剪切波速；t为基础的 动刚度系数，由％、B／L查表得出；G为土的剪切模量；y为土的泊松比。 基础在Y轴方向的水平和摇摆阻尼如公式(5)一(8)： q=pV,A (5)