生态复合墙结构筏板基础黄土地基共同作用分析

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1、 西安建筑科技大学硕士学位论文 生态复合墙结构-筏板基础-黄土地基共同作用分析 专 业:岩土工程 硕 士 生:张 彩 阳 指导教师:张 荫 教授 摘 要 生态复合墙结构是一种绿色环保、节能保温的新型建筑结构体系,且具有减 震效果好、施工快捷的优点,已建成了部分试点工程,具有广阔的发展应用前景。 然而目前在该结构的设计中,均按照刚性基础假定进行计算分析,未考虑结构-基 础-地基共同作用的影响,不能反映结构的真实受力特性,设计结果偏于保守。为 了使生态复合墙结构的设计更加科学合理,本文结合课题组前期试验结果,采用 理论分析和数值模拟相结合的方法,在水平荷载和竖向荷载作用条件下,重点就 生态复合墙结

2、构-筏板基础-黄土地基共同作用对结构受力和变形性能的影响规律 进行分析,主要工作及结论如下: (1)结合课题组前期试验结果,基于复合材料力学理论,考虑复合墙体独特 构造形式,建立适用于生态复合墙体的弹性阶段模型复合材料等效弹性板模型, 推导出复合墙体弹性模量、剪切模量及泊松比的计算公式。根据生态复合墙结构 的受力特点,将上部结构简化为框架复合材料等效弹性板,并就框架-复合材料 等效弹性板模型在生态复合墙结构-筏板基础-黄土地基共同作用数值分析中的应 用进行分析。 (2)结合某生态复合墙结构工程实例,选取工程所处场地的土样进行物理力 学性质指标试验,测得各土层的 、Es等参数,并通过常规三轴压缩

3、试验得到 地基土的力学参数 c、,确定各土层的计算参数 E、,以弹塑性 Drucker -prager 模型对地基土进行模拟。 (3)利用有限元软件 ABAQUS 分别建立生态复合墙结构-筏板基础-黄土地 基共同作用数值模型和相对应的刚性基础模型,对比分析共同作用方法与常规方 法下上部结构的水平位移及框柱内力的差异。结果表明:考虑共同作用时生态复 合墙结构产生显著的次应力,使上部结构构件内力进行重分布;上部结构层顶水 平位移明显增加,较不考虑共同作用时增幅高达 34.4%。同时分析水平荷载对共同 作用体系的筏板内力、筏板沉降及地基反力的影响,在考虑水平荷载作用后,基 西安建筑科技大学硕士学位论

4、文 础内力及地基反力变化显著,基础不均匀沉降增加,使上部结构产生的次应力增 加。 (4)就关键参数变化对生态复合墙结构-筏板基础-黄土地基共同作用的影响 进行计算分析,得到筏板厚度、筏板混凝土强度等级、地基土变形模量等参数变 化时,共同作用体系中上部结构构件内力、基础沉降、基底反力和筏板内力的变 化规律,为生态复合墙结构的优化设计、规范制定提供参考依据。 关关 键键 词词:黄土地基;生态复合墙结构;筏板基础;共同作用;数值分析 论文类型:论文类型:应用基础研究 *本研究为下列课题的资助项目: 国家自然科学基金项目:黄土地区基于土与结构相互作用的密肋复合墙结构设计 方法研究(51178385)

5、国家自然科学基金项目:生态复合墙结构非线性行为与分灾优化设计方法研究 (50908188) 国家“十二五”科技支撑项目:保障性住房新型工业化设计集成技术研究与示范 (2012BAJ16B02) 陕西省教育厅专项科研计划项目:基于黄土地基与结构相互作用的填充墙 MTMD 减震结构振动控制分析(12JK0908) 西安建筑科技大学硕士论文 Interaction Analysis of Ecological Composite Wall Structure - Raft foundation Loess Specialty: Geotechnical Engineering Name: Cai-y

6、ang Zhang Instructor: Prof. Yin Zhang ABSTRACT Ecological composite wall structure is an environment-friendly, insulating and energysaving new type of building structure system; it has advatanges such as damping effect and fast construction. The parts of the pilot projects have been completed; this

7、structure has broad application prospects.Currently, for engineering applications of this structural system, structure designs are carried out by rigid foundation hypotheses which not take into account the structure-foundation-soil interaction. This assumption is not able to reflect the actual force

8、 characteristics of the structure, which makes design results conservative. In order to make the design of ecological composite wall structure more scientific and reasonable, in this paper, considering pre-test results of research group, choose the method of combining theoretical analysis and numeri

9、cal simulation. Under the condition of horizontal loads and vertical loads, mainly analyzes the impact of the law which is about ecological composite wall structure-raft foundation-loess interaction structure of the force and deformation properties. The main work and conclusions are as follows: (1)

10、Combined with pre-test research of research group, based on the unique composite wall structure and mechanics of composite materials, composite wall elastic stage model - Composite Materials plate model is built up; and the wall elastic modulus, shear modulus and Poissons ratio practical formula is

11、derived. According to the mechanical characteristics of the ecological composite wall structure, the upper structure is simplified as frame-composite equivalent elastic plate model. And then discuss the application of frame-composite equivalent elastic plate model for numerical analysis of ecologica

12、l composite wall structure-raft foundation-loess interaction. (2) Combined with an engineering instance of ecological composite wall structural, a series of soil samples index test of physical and mechanical properties were carried out in the selected engineering venues, which are to gain the parame

13、ters of the model soil such as , and Es etc. By conventional triaxial compression test, obtain the foundation soil mechanics parameters c and ; and then determine parameters E and . Elastic-plastic Drucker-Prager model is selected to simulate the foundation soil. (3) Ecological composite wall struct

14、ure-raft-loess foundation interactive numerical model and the corresponding rigid foundation model are built up by using the finite element software ABAQUS; and then compare and analyze the difference of the horizontal displacement of the upper structure and the frame column of internal force 西安建筑科技

15、大学硕士学位论文 between interaction method and an ordinary method. The results showed that: When taking into account the effect of interaction, the non-negligible secondary stress would emerge in the ecological composite wall structure; the horizontal displacement of top layer for the upper structural also

16、 increased significantly and the amplification, comparing with non-interaction, is 34.4%. And then analyze the impact of the horizontal load on internal force and subsidence of raft and subgrade reactionand for considering interaction of the structural system. And then analyze the impact of the horizontal load on internal force and subsidence of raft and subgrade reactionand for considering interaction of the structural system. The results show that: taking into account the hori

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