现今土-结构相互作用问题研究中的最大困难是缺少必要的实际数据,因而在相互作用分析中存在许多不确定性,限制了其在实际工程设计中的应用。所以,在土-结构相互作用研究中的一个非常重要的方面就是进行大比例尺模型的现场试验以及模型和实际建筑物的地震观测。结合国家自然科学基金课题《地基-基础-上部结构相互作用体系动力特性研究》(NO.50278033),以大比例桩筏基础框架模型试验为基础,对土-结构相互作用进行了试验研究和数值模拟计算研究。主要研究内容如下:1.采用时域和频域分析方法研究了桩-土-框架结构体系动力特性试验的试验数据,求得了大比例桩-土-框架结构体系模型的基本动力特性参数:基本频率和阻尼比。分析了随上部结构质量的增加,桩-土-框架结构体系模型的基本频率和阻尼比的变化趋势。通过分析牵引释放激振数据求得了桩-土-框架结构体系模型的第一阶和第二阶模态阻尼比。2.对比研究了大比例桩基(箱基)-土-框架结构体系模型的试验数据分析结果,研究了不同基础形式对结构体系的基本频率和阻尼比的影响。3.研究了桩-土-框架结构相互作用体系进行有限元建模的基本问题并建立了三维桩-土-框架结构模型。采用MSC.Marc模拟计算得到的相互作用体系牵引释放激振时程曲线和顶部稳态激振时程曲线与试验结果吻合较好,表明所采用的计算模型和计算方法是合理可行的。4.对不考虑和考虑相互作用模型在线弹性范围内进行了模态分析,得到了两种计算模型的前三阶模态频率和振型。分析了当上部结构质量增加时,不考虑和考虑相互作用结构体系的基本频率和振型的变化趋势及在前三阶振型时结构体系各部分参与振动的情况。5.选取四种与试验场地特征参数条件相似的地震波,采用MSC.Marc软件对桩-土-框架结构体系进行了地震反应的非线性分析。通过分析计算结果,研究了在不同结构模型体系和不同输入地震波情况下,整个结构体系的加速度峰值放大系数的变化规律,上部结构、土体和桩的加速度峰值和位移峰值的变化趋势。研究了在地震作用下,土体的加速度峰值和位移峰值在竖直方向和水平方向上的变化,桩的深度和上部结构质量的变化对桩的加速度峰值和位移峰值的影响。