地基结构相作互用的原理.docVIP

结构与地基动力相互作?用问题近几十年来在工?程中引起相当大的关 ?注。随着建设工程安全?性要求的不断提高和抗?震防灾工程的迫切需要?，结 构与地基相互作?用问题已成为结构工程?领域内研究的热点课题?之一。 1．1前言 ? 结构与地基动力相互?作用的问题近几十年来?在工程中引起相当大的?关注。结构与地 基动?力相互作用是土动力学?、结构动力学、固体力?学和计算数学等多学科?相互交叉和渗 透的学?科，主要研究结构与地?基相互作用的力学机理?、计算分析方法、耦合?效应等等， 为结构工?程、岩土工程、地下工?程等领域的动力分析提?供理论基础和分析方法?11J。随着 建设工?程安全性要求的不断提?高和抗震防灾工程的迫?切需要，结构与地基相?互作用问题 己成为结?构工程领域内研究的热?点课题之一。 结构与?地基共同作用的设计理?念得到了学术界和工程?界的极大重视，其计算?理论也 得到了长足的?进步，尤其是在数值分?析理论方面得到了很大?的发展，出现了有限元?、有 限元／边界元、?有限元／无限元等组合?分析方法以及随机共同?工作分析方法等，极大?的完 善了共同作用的?抗震计算理论【2】。? 有限元分析结构与地?基相互作用的地震反应?已得到了广泛的应用，?有限元能有效地 模拟?结构与地基介质的几何?性质与力学性质，并能?直观地得到地震时上部?结构由于地基 的作用?而发生的反应。 然而?，有限元模型难以反映?无限域介质的辐射影响?效应，只能引 入虚拟?的人工边界来模拟地基?远场的影响，即在用有?限元网格离散实际的半?无限地基 时，为了使?地基对结构的作用能反?映出来，常常将网格区?域延伸足够远，以保证?辐射能 量基本被吸收?，避免结构的地震波在?边界上引起反射，但这?样做将引起计算工作量?的增 大，同时还会导?致极大的误差。由于地?震波的反射和散射效应?，有限地基模型的应用?受 到了极大的限制。?结构与地基相互作用的?问题实际上是结构与无?限域的问题。 无限元?是 二十世纪七十年代?发展起来的一种解决无?限域地基问题的数值方?法。 设计人员在进行?建筑结构或水工结构设?计计算时，常把结构和?地基作为两个独立系 ?统分别考虑，一般把基?础作为上部结构的固定?支座，在荷载作用下求?解上部结构的内力， ?这种常规的设计方法只?考虑了地基与基础的相?互作用，未考虑结构与?地基的相互作用问 题?。在地震作用下，结构?的响应不同于地基。地?震作用下结构的运动是?地基和结构共同 作用?、相互影响的结果。在?抗震设计过程中，如果?只是按常规的设计方法?进行设计，相 会影响?到了建筑结构的安全性?，甚者引起工程事故，?这在国内外工程中不乏?经验和教训。 因此，?进行结构与地基相互作?用的动力响应研究，寻?求一种合理的分析方法?，如实的反__ 映结?构与地基相互作用的实?际情况，有着深远的理?论意义和工程意义。 ?1．2结构与地基相互?作用研究综述 1．2?．1国外研究概况[3?1[41 结构与地基?动力相互作用的研究可?以追朔到1904年L?amb【5J对弹性地?基震动问题的 分析，?Lamb从波动理论出?发，推导出半空间表面?在竖向集中谐和力作用?下表面位移的 积分型?式解。1936年Re?issner[6l通?过对Lamb解的分析?，研究了刚性圆形基础?板在竖向集 中谐和力?作用下，弹性半空间地?基的振动问题，首次引?进了两个重要的参数：?无量纲频 率和地基的?质量比，从而将地基与?基础作为一个综合的系?统来考虑，开始了结构?与地基 动力相互作用?的真正研究。 自从梅?耶霍夫(G．G．Me?yerhof)【7】?于1947年提出基础?与上部结构相互工作的?概念以 来，地基与上?部结构相互作用课题受?到国内外工程界的广泛?重视。其后，岑米斯基?(S． Chamec?ki)Is】，格罗斯?霍夫(H．Gross?hoO唧相继研究单独?基础上多层多跨框架结?构的共同 作用。六十?年代，萨玛(H．So?me0 1101提出?考虑上部结构刚度计算?基础沉降、接触应力和? 弯矩的方法。196?5年，张佑启(Y．K?．Cheung)茅1?]申凯维茨(O．C．?ZeinKeiwic?z)?l应用有限 元?法研究地基的共同作用?，普齐米尼斯基0．S?．Przemieni?cki)【l 2】提?出子结构法分析上部结? 构，为哈达丁(M．?J．Haddadin?)It3]首次利用子?结构法研究地基与上部?结构共同作用打下基 ?础。随后，克里斯琴(?J．T．Christ?ian)[14】在高?层建筑的规划与设计会?议上，阐述高层建筑 ?与地基共同作用问题。?Hain和Lee等I?l 5J用子结构法和?有限元法分析了Win?kler地基和半空 ?间地基上的空间框架结?构一筏板一土的共同