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土木工程碩士開題報告
土木工程師是建造各類工程設施的科學技術。本文將介紹2016土木工程碩士開題報告。
2016土木工程碩士開題報告
論文題目：高烈度地區(qū)非線性土體--樁--結構振動臺試驗研究
1、本文的研究背景
我國是一個多地震國家，地震分布極其廣泛，7度以上的地震區(qū)約占國土面積的一半。地震作為重大的自然災害，給人類社會造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。縱觀歷史，駭人聽聞的唐山地震、日本阪神地震、土耳其地震以及XX年汶川地震等，均造成了慘重的損失，使人類的心靈受到了嚴重的創(chuàng)傷
樁基礎是一種歷史較長而又應用廣泛的深基礎型式，能較好地適應復雜地質條件以及各種荷載情況，特別是在軟弱地基上采用得較多。與其它基礎型式相比，樁基礎具有承載能力大、穩(wěn)定性好、差異沉降小等優(yōu)點而被廣泛應用于橋梁結構、高層建筑、港口碼頭、海洋平臺和火電及核電站結構中。樁基能提高地基承載力，是預防地基失效的重要抗震措施：在非液化地基中，樁基能減少基礎附加沉降、減輕震害;即使在液化地基中，只要樁尖深入持力層，也能減輕震害。歷次國內外地震震害調查表明，樁基支承的建(構)筑物的震害輕于非樁基支承的同類建(構)筑物。1976年唐山地震后，有關部門曾調查了天津地區(qū)102項樁基建筑工程的震害情況，發(fā)現(xiàn)上部結構產生震害的僅7項，震害遠較天津地區(qū)天然地基淺基礎上同類結構的少且輕，樁基發(fā)生震害的僅有3項。
然而，樁基礎作為預防地基失效的重要抗震措施，在地震中其本身也遭受了嚴重的破壞。在實際的樁基礎震害中，有大量上部結構的破壞并不是由于結構的慣性力引起，而是由于如液化、地基失效等場地因素導致樁基損壞，從而使上部結構發(fā)生落梁等嚴重破壞。我國已建的和擬建的高層建筑及橋梁大部分位于沿海地區(qū)和大江大河下游地區(qū)，這些地區(qū)軟土和飽和土層分布廣泛，場地條件對于抗震而言極為惡劣，可以預想，一旦發(fā)生地震，樁基礎可能嚴重受損。
大量的地震事實告訴我們，由地震引起的樁基破壞機制與地震時樁的受力情況有關，在地震荷載下，土-樁-上部結構作為一個整體振動，相互影響。因此，研究樁-土-結構在地震作用下的動力特性和動力響應，以及在地震作用下的受力特點及破壞機理，應力、應變的分布規(guī)律及其重要。
2、選題的目的和意義
模擬結構-地基動力相互作用問題一直是模型試驗中的重大的理論與實踐問題，開展地基-結構動力相互作用體系的振動臺模型試驗研究，其理論意義在于可以發(fā)展和豐富振
動臺模擬試驗技術和動力相似理論，為在實驗室模擬實際結構提供指導;獲得一整套試驗
數(shù)據(jù)，為開展計算分析研究、驗證其力學模型和計算方法的合理性奠定基礎，從而豐富和
發(fā)展結構-地基相互作用理論;其實踐意義在于可以驗證理論與計算分析的研究成果，為工程設計提供依據(jù)。
本文通過采用較先進的土箱裝置，以三種不同性質土作為模型土進行振動臺試驗，通過試驗研究在小、中、大震下單樁、三樁及六樁等典型群樁群樁的慣性相互作用和運動相互作用規(guī)律，了解土中樁基和結構的地震反應有關規(guī)律，研究樁在破壞前后的抗震性能，并進而研究地震作用下土-樁-結構相互作用的機理。同時，通過理論分析方法與試驗結果的比較，驗證有關分析方法的可靠性。
3、國內外研究綜述
3.1 國內外地震模型理論綜述
3.1.1國外的研究方法
1970年，penzien等對地震作用下的土-樁-橋梁結構系統(tǒng)提出了一套非線性分析方法。penzien模型把土-樁-橋梁系統(tǒng)離散成一個理想化的集中質量參數(shù)系統(tǒng)。用三元件模型模擬粘土介質的動力性狀，連接毗鄰兩個質量的每一裝置，由一個雙線性滯后型彈簧和一個非線性阻尼器所組成，兩者相互并聯(lián)，然后再與非線性阻尼器串聯(lián)，研究結果表明，當樁較長，土又較硬時，樁土相互作用對橋梁的動力特性影響不大;只有當土較軟，樁又較短時，樁土相互作用對橋梁的影響才顯著。他們的方法至今仍被廣泛應用。
1978年，matlock和foo開發(fā)了動力winkler地基梁分析程序spasm8(seismic pile analysis with support motion)。他們采用的方法考慮了上部結構的影響，將單獨確定的自由場土位移作為輸入激振，采用離散單元力學相似模型表示不同荷載和約束條件下的樁。每一結點中土-樁的耦聯(lián)是通過多元摩擦塊、彈簧和阻尼器的組合來模擬的。土的模型容許在初始彈性狀態(tài)范圍之外將強度的降低表示為撓度和撓曲反復次數(shù)的函數(shù)。為了合理地模擬的土-樁相互作用，在上部土層容許形成間隙。借助支座相對樁的初始零撓度點的移動來模擬側向土運動。土的反力-撓度性能曲線根據(jù)試驗結果得出，用具有某些線性阻尼的非線性模型表示土-樁的耦聯(lián)關系。
1988年，nogami等(提出了一種新模型，該模型通過積分平面應變的方法來分析單樁和群樁。這種模型也是基于winkler假設發(fā)展的，并且特別注意到了在動力荷載下，樁軸的鄰近區(qū)域引起強烈的非線性這一條件;并給出了與頻率無關的質量、彈簧和阻尼器的簡化公式。該模型可以以相對簡單的方式進行時域非線性分析。由于模型本身能產生動力效應，它的參數(shù)可通過土-樁系統(tǒng)的靜力性能或在靜力條件下發(fā)展的合理的p-y曲線得到，并且在土-樁界面對裂縫進行了特殊的考慮，
1995年，el naggar和novak提出了在瞬態(tài)動力荷載和諧和荷載作用下單樁和群樁橫向反應的分析模型。模型考慮了土的非線性行為、樁土界面的不連續(xù)條件和不同類型阻尼的能量耗散。模型中，樁用普通的梁單元模擬。每一土層的土介質被分成兩個環(huán)狀區(qū)域，內場區(qū)域考慮非線性，遠場區(qū)域考慮波從樁往外傳播。
1999年，boulanger等通過離心機試驗和理論分析對非線性動力winkler地基梁法進行了評估。他的分析是基于有限元平臺geofeap進行的，所采用的模型如圖2.6所示。自由場土柱與樁之間用非線性p-y彈簧和阻尼器相連。非線性p-y行為由彈性分量、塑性分量和裂縫分
量串聯(lián)起來
3.1.2國內的研究方法
陳熙之等(1985)采用集中參數(shù)法研究了樁-土-結構-水體系相互作用的彈塑性地震反應。樁附近的土簡化為串聯(lián)的多質點系，稱為等價土體系;遠離結構物的場地土不受結構存在的影響，稱為自然地基體系;在自然地基與等價體系之間用水平彈簧和阻尼器相聯(lián)系。水對結構的動力影響包括水的附加質量引起的慣性力及動水阻力。
袁萬城(1990)提出了考慮sspsi的大跨度橋梁結構非線性地震反應分析，可以等價為一維非線性場地地震反應分析與考慮樁周土彈性約束作用的多點激振下的非線性地震反應分析的方法。樁周土的約束作用可用土彈簧來模擬，土彈簧剛度采用m法確定。這種方法實際是簡單了的winkler地基梁模型。范立礎等(1992)和胡世德等(1994)將之分別用于分析上海南浦大橋和江陰長江公路大橋縱向地震反應分析。
朱晞和王大慶(1992)采用penzien模型，土彈簧剛度用m法計算，他們認為這樣處理能滿足工程要求。
嚴士超和杜一平采用了penzien模型對電視塔-樁-土相互作用地震反應進行分析。
鄭海榮(1992)采用penzien模型分析了樁-土-橋墩-流體相互作用體系的地震反應，研究表明：是否采用非一致輸入對反應的影響較大，但土體附加質量的大小對橋跨結構的固有振動特性影響甚微，對結構位移反應的影響也不大，可以不計。魏琴等(1994)采用類似模型分析樁-土-橋梁結構相互作用地震反應，但自然地基體系與等價土體系之間的等價水平土彈簧剛度采用m法計算。
蒯行成等(1998)采用動力winkler地基梁模型，在求得有限長樁運動微分方程通解的基礎上，導出了層狀土中樁單元復剛度矩陣。提出了計算層狀土中單樁動力阻抗的方法。
孫利民等(1999，XX)改進了penzien模型，將原模型的單樁模型變?yōu)槎鄻赌Ｐ�，�?樁間的水平相互作用阻尼采用lysmer等(1966)提出的用粘性阻尼器模擬波動能量向半無限場地逸散的理論來計算。
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