复杂荷载下高承台框剪结构性能数值分析.pdf

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1、低温建筑技术2014年第2期(总第188期)复杂荷载下高承台框剪结构性能数值分析郭北方(大庆石化工程有限公司。黑龙江大庆163714)【摘要】高承台支撑框剪结构以其适应性强而广泛应用于海上建筑体系中，其上部结构与高桩承台基础构成结构整体，在复杂的地震和波浪力共同作用下协同工作。鉴于海上高承台支撑框一剪结构在复杂荷载下的理论分析和数值仿真研究尚少，本文利用ANSYS有限元软件对高桩承台一土一上部结构进行数值仿真分析，给出波浪力表达式，建立了三维有限元模型，通过分析获得不同荷载组合作用下桩基础及承台整体的变形与受力，对变

2、形、桩顶弯矩、轴力进行了验算，验证了该体系的可行性，为海上建筑物的合理设计提供可靠的依据和借鉴。【关键词】高承台；波浪力；ANSYS；数值仿真【中图分类号】TU311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)02—0096—04O引言海南省三亚市是以旅游业作为支撑的沿海城市，锄。甲鲫。甲∞。。甲每年接待的国内外游客多达上千万人次，作为开发较早的河东区海滨水上高层建筑陆续拔地而起，但该区00的水上高层均建设在沙滩附近，只有在涨潮的时候才⑨能与水接触，数月受到岸边风沙的侵蚀，因此入住率霹{三：二：耄罩

3、二三兰：辜芝二：三童辜三●0一．1r一n——0__较低。在河西区开发时，投资方要求将建筑延伸到水In-一中，避免风沙带来的不利因素。因建造地理位置的特殊性，使得这类建筑与常规高层会有所不同，海滨水i6000：6000i6000}底由多年的沙石冲刷而成，土层柔软不适合设置独立基础，因此水上高层需采用桩基础来支撑上部结构，图2承台结构及群桩平面布置图考虑到海水的潮起潮落，避免房间受到海水的浸泡，桩基础承台要高出最高水面一定的高度，形成桩支撑的作用，而且会受到波浪、海流、风和地震作用，这是高承台体系。经甲方最后决定水上高层

4、采用如图1所与陆地建筑物明显不同的，其中波浪荷载是常年作用示高承台一框架剪力墙结构体系方案，其平面及群桩的动荷载。三亚市地处多地震带上，因此海域建筑物布置见图2。必须进行抗震设计，当地震发生时结构会同时受到地震和波浪的共同作用，因此对结构开展波浪和地震共同作用下的研究是非常必要的。框剪结构厂—一国内外学者对地震和波浪作用下结构的动力特性开展了大量的分析，贾学敏¨采用Morion方程近似计算给出地震作用下结构动水作用，文献[2]考虑桥墩上的动水压力，进行了桩一土一桥墩一流体相互作承台——一用体系的水平地震反应分析，张学

5、志等考虑波浪力翻预制桩及流固耦合对码头结构开展了动力计算，目前针对海Il_／一地基上建筑物的研究多集中在海上平台、桥梁结构及构筑II，厂物等，而对海上高承台支撑框一剪结构的研究尚少，上部结构与高桩承台基础构成结构整体，在风、地震图l承台结构剖面示意图和波浪力共同作用下协同工作。本文利用ANSYS有限元软件对高桩承台一土一上部结构进行数值仿真海滨水上高层有其独特的魅力，无疑将给旅游者分析，获得桩基础及承台整体在地震和波浪力作用下提供良好的休闲娱乐场所，成为城市一道亮丽的风景的变形与受力，为海上建筑物的合理设计提供可靠的

6、线。但其所受环境比较恶劣，结构不但承受竖向荷载依据和借鉴。郭北方：复杂荷载下高承台框剪结构性能数值分析1工程具体参数分别为结构体系的质量、阻尼和刚度矩阵其它参数的群桩承台和上部结构平面布置如图2所示。上部物理意义如文献[5]所示。二者作用位置如图3所示。为12层的框架一剪力墙结构，主要承重构件为3排4其中E为地震作用。建筑位置的特殊性，使得波浪力列共计l2根框架柱，底层层高为5．1m，其它层为3m，在桩基上具有一定的方向性，而地震可能从任意方向横向柱距为6m，纵向为5．1m，为增加结构的抗弯刚度传来，本文重点考察与纵

7、轴相平行的地震力。同时满足结构功能的需要，在①、②和④轴布置了3道厚为250mm的非对称剪力墙，构件具体截面尺寸如表1所示。依据《地基基础设计规范》，高桩承台板厚取为1．2m，群桩由35根桩径为900mm的预制混凝土桩构成，桩长为25m，露出水底桩的长度为8m。参考《海港水文规范》，桩上计算波浪作用高度取为6m。表1试件设计参数与材料属性图3波浪力和地震作用位置3有限元数值建模3．1有限元建模桩与土之间存在摩擦力和端承力，二者相互作用，在有限元模型建立过程中，我们认为二者之间是融为一体的；地基土的取值范围：横向为15

8、d，纵向10d，d为桩的边长，这样地基土的尺寸为39mX22m×2荷载与作用17m，地基土的取值范围较大，足以吸收扩散到边界的2．1波浪荷载应力。采用有限元软件ANSYS进行建模，定义单元类波浪荷载是高桩承台常年受到的动荷载，作用于型、实力常量和材料属性，上部梁柱采用三维弹性桩体任意高度：(离海底高度)处的水平波浪力厂H包BEAM4单元模拟，可