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上部结构刚度对基础不均匀沉降影响的数值仿真分析

作　者: 刘日新
导　师: 陈大川
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 砌体结构底框结构上部结构不均匀沉降共同作用原理数值模拟结构加固
分类号: TU746.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

建筑物的不均匀沉降是土木工程中常见的一项工程事故，较大的不均沉降会引起建筑物的倾斜和变形，从而引起上部结构的内力重分布，最终导致结构的开裂甚至破坏。建筑物的上部结构通过基础与地基相连，共同作用。建筑物的不均匀沉降正是在这种共同作用的过程中发生的。由于砌体材料力学性能的复杂性，在上部结构与地基共同作用的研究中，少有砌体结构与地基基础共同作用的研究。为此，本文基于有限元方法对砌体结构与地基基础的共同作用进行了深入的研究。本文首先介绍了建筑物不均匀沉降破坏后的裂缝形态，认为不同的沉降情况会导致不同的裂缝形态。阐述了引起建筑物不均匀沉降的主要原因，其中包括施工原因，设计原因和使用原因。归纳了目前国内外常用的几种分析方法，其中子结构法及有限元法已经较多的应用于框架结构的共同作用分析当中，而砌体结构不均匀沉降的共同作用研究则相对滞后，大部分还是基于弹性理论的分析方法。提出了不均匀沉降事故的处理方法，其中包括地基基础的加固和上部结构的加固。接着本文探讨和研究了砌体结构的有限元分析的模型建立方法、材料本构曲线的选取以及非线性收敛准则等。并对本文数值模拟中需要用到的3种单元的特性进行了介绍。文章重点基于有限元分析软件ANSYS建立了含有底部框架的砌体结构模型。分别分析了不同层墙体弹性模量改变及不同层墙体洞口填充对基础不均匀沉降的影响，均考虑了中部下沉和两端下沉两种情况。分析结果表明，不论模型是中部下沉还是端部下沉，提高上部结构墙体强度或填充首层墙体洞口均能降低基础沉降的不均匀性，且首层墙体弹性模量的提高对改善基础沉降的差异性效果最好。同时，改变上部结构墙体的弹性模量和填充墙体洞口均能导致底部框架柱、梁构件内力的发生复杂变化，本文均进行了详细的分析。本文的最后部分介绍了一底框结构的不均匀沉降事故的处理案例。分析了该事故产生的原因，介绍了其加固处理的方法，并详细介绍了上部结构刚度加强加固在该事故加固工程中的应用，为处理同类事故提供借签依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-12
插表索引  12-13
第1章绪论  13-19
  1.1 课题背景及意义  13
  1.2 课题研究现状  13-17
    1.2.1 共同作用研究的发展过程  13-14
    1.2.2 国内外研究现状  14-17
  1.3 本文的研究内容  17-19
第2章不均匀沉降及其分析与处理方法  19-35
  2.1 不均匀沉降的危害  19-20
  2.2 不均匀沉降的特征  20-21
  2.3 不均匀沉降裂缝成因  21-24
    2.3.1 施工引起的不均匀沉降  21-23
    2.3.2 设计引起的不均匀沉降  23
    2.3.3 使用与改造引起的不均匀沉降  23-24
  2.4 目前的计算分析方法  24-32
    2.4.1 子结构法分析共同作用  24-28
    2.4.2 不均匀沉降的墙体剪力分析方法  28-29
    2.4.3 不均匀沉降的弯曲裂缝分析方法  29-32
  2.5 不均匀沉降事故常用的处理办法  32-33
    2.5.1 地基处理办法  32-33
    2.5.2 上部结构处理办法  33
  2.6 本章小结  33-35
第3章砌体结构的 ANSYS 数值模拟  35-43
  3.1 现代砌体结构与研究  35
  3.2 砌体的有限元分析  35-36
  3.3 数值模拟软件的选取  36
  3.4 砌体的本构关系及参数选取  36-38
    3.4.1 砌体的本构关系  36-37
    3.4.2 砌体数值模拟的参数选取  37-38
  3.5 砌体非线性分析  38-40
    3.5.1 迭代方法  38-39
    3.5.2 收敛控制  39-40
  3.6 单元介绍  40-42
    3.6.1 SHELL43 单元  40-41
    3.6.2 BEAM23 单元  41
    3.6.3 COMBIN14 单元  41-42
  3.7 本章小结  42-43
第4章上部结构与基础沉降的共同作用  43-64
  4.1 底框结构的不均匀沉降及数值仿真  43-44
  4.2 基本假设  44
  4.3 墙体刚度对沉降影响的数值仿真  44-62
    4.3.1 模型与工况  44-46
    4.3.2 工况 1  46-50
    4.3.3 工况 2  50-54
    4.3.4 工况 3  54-58
    4.3.5 工况 4  58-62
  4.4 本章小结  62-64
第5章上部墙体刚度加固在工程中的运用  64-70
  5.1 工程简介  64
  5.2 现场调查  64-67
  5.3 原因分析  67-68
  5.4 处理办法  68-69
  5.5 本章小结  69-70
结论与展望  70-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)  78

上部结构刚度对基础不均匀沉降影响的数值仿真分析

内容摘要

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