考虑 SSI影响的钢管混凝土框架模态分析 姜绍飞 ，杜 权 2，吴兆旗 (1．福州大学 土木 学院 ，福建 福 州 350108；2．沈阳建筑大学 土木学院 ，辽 宁 沈阳 110168) 摘 要 ：为了进一步 了解土 体对 其上部结构动力特性 的影响 ，对土体采 用弹簧一阻尼单元进行 模拟，建立一个 四层 圆钢 管混凝土框架结构在考 虑土一结构相互作用(SSD的有 限元分析模型 。为 了比较 ，建立了相同结构底部 刚接 的结构体系模型。对两种 结构体 系的动力特性参数进行 了分析 比较 ，发现考虑 SSI影响的结构 自振频率 比 底部刚接 的 自振 频率要小，降低的幅度在 7．64％ 13．06％之 间；高阶振型变化 明显 。研 究表 明，SSI对钢管混 凝土框架的动力特 性有一定的影响 ，在其抗震设计和结构损伤检 测方面应该进行适当地考虑 。 关键词：土一结构相互作用 ：钢管 混凝 土 ：模态分析 ：有 限元 分析 中图分类号：TU398+．2；Tu311．3 文献标识码：A 文章编号：1672—7037(2008)03—0027．04 由于钢管混凝土具有优越 的力学性能和先进 的技术指标而得到了日益广泛地应用…，人们对钢 管混凝土各类构件在静力方面和疲劳方面 的性能 都做了大量的试验研究与理论分析 ，但对其整体 抗震性能和动力特性方面的研 究相对较少 。土与 其上的结构物作为一个共 同工作 的整体系统 ，它 在荷载作用下，其界面处的应力和应变有其特定的 交联关系，这种交联关系即相互作用(ssD口J。近几 年来 ，考虑 SSI对结构动力特性的影响受到了人 们的重视 ，而在实际工程中的房屋桥梁等结构的 模态特性参数也确实不 同程度地受到地基作用的 影 响 。本文利用有限元 ANSYS软件，建立 了一个圆 钢管混凝土柱一工字形钢梁．混凝土楼板和箱 型基 础组成的结构体系模型和模拟 刚性地基作用的相 同框架体系模型 ，并进行 了模态参数分析 比较， 为该结构体系的抗震设计与健康状态评估提供了 依据 。 1 有限元模型 的确定 利用大型有 限元软件 ANSYS对结构进行建模 和分析 ，主要包括选择单元类型、相关参数确定、 建 立 模 型 、划 分 网格 、加 载 求 解和 解 释 结 果几 个 步骤。上部结构采用 1：10比例进行缩尺，结构底 层 高 50cm，其 他层 高 为 40cm；跨度 为 68cm， 底部箱基高 60cm，长宽均为 90cm．结构为对称结 构 。对圆钢管混凝土柱和钢梁采用有限应变梁单 元(Beam189)模拟，楼板和箱型基础采用板壳单元 (She1163)模拟瞄】，土体单元模拟软土地基对结构 的作用 ，采用弹簧一阻尼单~(Combinl4)模拟I4J， 其 中钢管混凝土柱相应的组合弹性模量 E。可按照 统一理论通过含钢率 由文献[5】查表求得。结构计 算简图如图 1所示 。 图 1 箱型基础及刚性地基结构模型 土弹簧的刚度确定直接影响计算结果的精度， 采用 Penzien关于桥梁桩土相互作用模型弹簧刚度 的确定方法I6J，Penzien通过对半空间理论分析，认． 为 Winkler假 定 是成 立 的，因此 可依 据 明德林 (Mindlin)公式求解单位水平力作用下不 同深度 处的桩 平面平 均位移 ，继 而取 倒数 即为各土 层桩土 相互作用的弹簧刚度 KHi计算公式如式 (1)。

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