[00369328]桩-土-高层建筑结构动力相互作用研究

本项目属于地震工程领域。考虑土－结动力相互作用对于正确预测软土地区的结构地震反应具有重要的理论意义，是长期以来地震工程研究领域的一个热点和难点。本项目在国家自然科学基金和973计划课题的支持下，重点进行了桩－土－高层建筑结构动力相互作用体系的振动台试验研究和理论分析。本项目取得的主要成果为：1)国外首次进行了四个阶段桩－土－高层建筑结构动力相互作用的振动台模型试验，再现了实际地震震害现象，如地基失效、喷水、冒砂、桩基开裂、上部结构开裂和倾斜等，又发现了实际地震无法量测到的桩身应变和桩土接触压力分布、土中超孔隙水压力变化等规律，为验证桩－土－高层建筑结构动力相互作用的理论研究和计算分析奠定了基础。2)在桩－土－高层建筑结构动力相互作用的数值模拟、理论分析方面进行了系统的研究。建立了考虑土体材料非线性和接触状态非线性的结构－地基动力相互作用体系的非线性力学模型，以及建立了考虑液化场地桩－土－高层结构相互作用的高层建筑地震反应分析的非线性力学模型，并与振动台试验结果进行了对照分析；在数值模拟计算分析中深入研究了外源激振条件下土体中人工边界的影响及其合理模拟方法；提出了一种频域内的边界元法来研究任意形状且固定于半空间的任意形状三维刚性明置基础的动力反应；提出了一种边界元和有限元混合法且用于研究弹性半空间表面的任意形状的弹性基础。发展和完善了桩－土－高层建筑结构动力相互作用的分析理论。3)系统地进行了考虑土－结构动力相互作用的振动控制的振动台试验和计算分析工作，发展了软土地基上高层建筑结构振动控制的研究理论。如此系统的考虑土－结相互作用对振动控制影响的振动台试验及计算分析，在国内外尚未有报道。4)提出了可用于考虑土－结构动力相互作用的高层建筑结构抗震设计的简化计算方法，该方法合理的考虑了桩基对体系刚度的贡献，发展了高层建筑的抗震设计理论，为我国抗震设计规范中考虑土－结构的动力相互作用提供理论依据。这些研究成果发表论文86篇，其中33篇被SCI或EI收录，论著被国内外同行正面引用654次，其中SCI他引28次，最高单篇引用为88次。在国内外学术大会上做特邀或大会报告5次，获国际著名期刊JAABE年度最优论文奖，在国内外产生了重要的影响。这些研究成果总体达到了国际先进水平，在考虑相互作用的振动控制的试验和分析方面达到了国际领先水平。本项目的研究工作对于判定设计规范和开展工程应用具有重要的指导意义，取得了显著的社会效益。