一種地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于建筑結構的設計技術領域，具體涉及一種地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法。
【背景技術】
[0002]地震作用下建筑物基礎穩定性分析中的抗滑移和抗傾覆驗算，一般不涉及結構構件內力及變形計算，因此以往結構設計中一般采用傳統的靜力計算方法，比如核電站廠房，通常根據廠房樓層反應譜的零周期加速度計算得到各樓層的地震作用，由此得到基底的總的滑移力和傾覆力矩。這種傳統計算方法的優點是通俗易懂、計算簡捷明了且耗時少，在地震作用不大時可以滿足工程設計要求。但該方法的缺點是計算地震作用時未能考慮結構振型特點，往往導致基底滑移力和傾覆力矩計算結果偏大，尤其是在核電站這種設計地震動較大的情形下，穩定性驗算結果會過于保守甚至不滿足安全系數要求；此外，傳統的靜力計算方法亦不能考慮土 -結構相互作用(SSI)和地基的非線性特性，分析模型不能完全反應結構實際受力情形，計算結果精度不高。
[0003]在核電工程中，隨著核電站標準化設計的推廣，所采用的可包絡多廠址條件的地震動峰值加速度也增大，從而致使偏于保守的傳統穩定性分析方法計算結果不一定能滿足設計要求；此外，廠址條件的復雜性往往要求計算分析中需考慮SSI效應。因此，有必要研宄一種新的穩定性驗算方法，其分析模型應符合實際，計算結果應精確可靠，同時新方法應概念清晰、易于操作、便于設計人員掌握。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了在建筑物基礎穩定性分析中避免出現傳統靜力分析方法所固有的計算失真、結果偏于保守等缺點，而提出的一種可考慮SSI效應和地基非線性特性的地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法。采用本發明的方法，可以使分析模型更加符合實際、計算結果更加精確可靠，同時本方法簡單適用、易于操作、便于在實際工程中實現。
[0005]本發明的技術方案如下:一種地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法，包括如下步驟:
[0006](I)采用通用有限元程序ANSYS建立建筑物的三維空間有限元模型；
[0007](2)根據力學原理得到集中質量桿單元模型；
[0008](3)將得到的集中質量桿單元模型導入ACS SASSI程序，根據廠址地基條件，通過在ACS SASSI程序中補充建立地基模型來考慮地基非線性特性和土 -結構相互作用效應，并輸入地震動時程，利用ACS SASSI程序的計算內核，采用動力時程分析法計算得到廠房基礎抗滑移及抗傾覆驗算的動態結果；
[0009](4)將計算結果與相關抗震設計規范中的安全系數限值進行比較，判斷是否滿足設計要求。
[0010]進一步，如上所述的地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法，步驟(2)中所述的集中質量桿單元模型中集中質量所受的水平地震作用扎和豎向地震作用Vm與層間剪力Xm及層間軸力￥?>的關系為:
[_ X1= Hn+Hn i+…+H2+Hi; Y 1= Vn+Vn i+".+VVi
_2]X2= Hn+Hn 片…哄； Y2= V+V2
[0013]..................
[0014]XiriH1; Yiri=H_5]Xn=Hn;Yn=Vn
[0016]其中，
[0017]1,2，…，η:表示樓層數；
[0018]Xm(m = I, 2，…，η):表示水平地震作用下各層層間剪力；
[0019]Ym(m = I, 2,…，η):表示豎向地震作用下各層層間軸力；
[0020]Hn1ii =1,2，…，η):表示水平地震下各層集中質量所受水平地震作用；
[0021]Vm(m = I, 2,…，η):表示豎向地震下各層集中質量所受豎向地震作用。
[0022]更進一步，如上所述的地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法，步驟(3)中，利用集中質量桿單元模型，采用動力時程分析法得到廠房基礎抗滑移及抗傾覆驗算的動態結果，具體方法如下:
[0023](3-1)輸入地震動時程進行動力分析，得到與時間點i相關的層間剪力Xnu時程和層間軸力Ynu時程，其中，底層X 1;i和Y 1;i為基底水平向總滑移力及對應時刻的豎向地震作用；進行相關工況組合后應用基礎抗滑移驗算計算得到與i時刻相關的抗滑移驗算系數1^時程；
[0024](3-2)根據集中質量桿單元模型中集中質量所受的水平地震作用Hm和豎向地震作用Vm與層間剪力Xm及層間軸力Y1^關系，由計算得到的層間剪力Xnu時程和層間軸力Ynu時程，推算得到各集中質量處的水平地震作用Hnu時程和豎向地震作用Vnu時程，進行相關工況組合后應用基礎抗傾覆驗算計算得到與i時刻相關的抗傾覆驗算系數Ktu時程。
[0025]更進一步，如上所述的地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法，步驟(4)中，將計算得到的抗滑移驗算系數的最大值Kh，^ax和抗傾覆驗算系數最大值K 4 一與相關抗震設計規范中的安全系數限值進行比較，判斷是否滿足設計要求。
[0026]本發明的有益效果如下:
[0027][I]本發明采用了 ANSYS和ACS SASSI兩種有限元程序相結合的技術方案，取長補短，分別充分利用ANSYS程序強大的前后處理功能以及ACS SASSI程序的可考慮SSI效應和地基非線性的豐富的計算功能。
[0028][2]本發明采用動力時程分析法代替傳統的擬靜力方法，可以準確地反映地震中各時間點結構的動力響應(三個方向:兩個水平向和一個豎向)，真實地反映廠房的實際受力狀態，避免了傳統靜力分析方法中假設結構三方向最大地震響應發生于同一時刻、計算結果偏于保守的缺點。
[0029][3]本方法能夠適用于多種廠址條件，計算中不但可以考慮土-結構動力相互作用(SSI)，還可以采用等效線性化原則近似考慮地基的非線性特性，從而使分析模型更加符合實際，基礎穩定性驗算結果更加精確可靠。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法的計算模型示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0032]建筑物基礎抗滑移及抗傾覆驗算，屬于整體穩定性分析，不需要具體分析每個結構構件的內力及變形等，因此可采用考慮偏心扭轉效應的集中質量桿單元模型來代替空間三維有限元模型，集中質量桿模型的優點是可以通過計算直接得到每層的層間剪力Xm及軸力Ym，這對于穩定性分析來說，在保證計算精度的同時可以節約大量的計算時間成本。
[0033]本發明所提供的地震作用下建筑物基礎穩定性驗算方法，包括如下步驟:
[0034](I)采用通用有限元程序ANSYS建立建筑物的三維空間有限元模型；
[0035](2)根據力學原理得到集中質量桿單元模型；
[0036](3)將得到的集中質量桿單元模型導入ACS SASSI程序，根據廠址地基條件，在ACS SASSI程序中補充建立地基模型，并輸入地震動時程，利用ACS SASSI程序的計算內核，采用動力時程分析法計算得到廠房基礎抗滑移及抗傾覆驗算的動態結果；
[0037](4)將計算結果與設計規范中的安全系數限值進行比較，判斷是否滿足設計要求。
[0038]該方法首先選用前后處理功能強大的通用有限元程序ANSYS建立建筑物的三維空間有限元模型，再根據力學原理加載計算推導得到