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震害表明,地震时饱和砂土液化往往引起地基失效而导致结构大规模破坏,液化问题引起了人们的普遍关注。目前地基液化的研究主要涉及液化区桥梁、铁路、管道、地下结构等,对于可液化地基上高层建筑抗震性能的研究仍较少。然而,随着我国经济的快速发展,复杂高层建筑已大批应运而生,尤其位于地震区可液化地基上的高层建筑,存在许多复杂的理论和实践问题。基于上述研究背景,本文开展了液化场地桩-土-高层结构相互作用体系的抗震性能研究工作,采用振动台模型试验和数值模拟相结合的技术路线,主要开展了以下工作:
1、在查阅大量国内外文献的基础上,对液化场地土-结构动力相互作用体系的理论研究、计算方法及试验进展的研究现状进行了总结,并提出了目前研究中存在的问题。
2、本文进行了液化场地桩-土-高层结构相互作用体系的振动台试验,试验中考虑了模型相似模拟和土层边界条件模拟。采用上覆粘土层的饱和砂土作为地基土,12层钢筋混凝土框架结构模拟上部结构,完成了相似比为1:10的饱和砂土自由场、液化场地条件下不同桩长的桩-土-高层结构相互作用体系以及刚性地基框架结构共4种模型振动台试验,再现了震害现象,并获得完整的试验数据。
3、根据振动台模型试验所获得的数据,详细分析了相互作用体系的地震反应规律,包括模型动力特性、加速度反应、孔隙水压力变化、桩身应变和桩土接触压力反应等规律的研究。通过几个专题对相互作用体系和刚性地基振动台模型试验结果进行分析,进一步讨论了动力相互作用的效果。
4、基于Biot固结理论,建立了液化场地桩-土-高层结构相互作用体系的三维有效应力计算模型。通过振动台模型试验结果与计算结果的对比分析,验证了计算模型的合理性,并对液化场地某工程实例进行了地震反应分析,为今后类似课题的开展提供参考。
最后,对全文的研究工作进行了总结,并讨论了今后进一步的工作。