山区多层接地消能建筑框架结构的抗震性能研究

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到目前为止,通过科研学者的共同努力,已经在土-结构动力相互作用方面取得了很多的成果。但这些成果大部分是针对平坦场地的,对特殊场地的研究还比较缺乏。在我国境内,大约有2/3的陆地是山地和丘陵等特殊地形,大量的房屋修建于各类特殊地形上。因此研究特殊场地上结构的地震反应有着重要的意义。近些年来,消能减震技术广泛地运用于各类工程。但是,在结构消能减震设计时,大部分是假设上部结构与地基是固结的,忽略了土-结构相互作用的复杂性,更没有考虑场地的特殊性,而消能减震装置能提供刚度和阻尼,造成结构特性发生改变,那么现行设计方法的合理性就值得探讨了。所以,开展特殊场地上考虑土-消能减震结构相互作用的研究是很有必要的。首先借助ANSYS软件建立了基底固结框架结构的三维分析模型,并在结构中安装了粘弹性阻尼器,通过对两个结构输入不同峰值加速度的地震波,分析了粘弹性阻尼器对结构地震反应的影响;然后探讨了模型边界及桩土接触的问题,在此基础上进行了桩-土相互作用的地震反应分析,讨论了平地和台地在不同场地覆盖土体时桩的地震响应;最后,建立了平坦场地和多层接地两类场地上桩-土-结构相互作用三维模型,分析了场地条件、场地覆盖土体的弹性模量、粘弹性阻尼器以及地震动特性对结构地震反应的影响。通过本文的数值分析,总结出以下的结论:(1)采用粘弹性边界的分析模型在计算精度上与远置边界的十分接近,但是其占用计算机的资源和消耗的计算时间都远远小于远置边界;(2)在桩-土相互作用模型中,各桩顶的地震响应很相近,桩顶的最大加速度响应是输入模型地震波峰值加速度1.4倍左右;场地覆盖土体的弹性模量增大,桩顶的地震响应减小,桩的位移沿深度变化更均匀;(3)考虑土-结构相互作用之后,结构基频有所降低;设置粘弹性阻尼器之后,结构基频有所增大;(4)粘弹性阻尼对结构地震响应的控制效果比较不错;随着输入地震波峰值加速度的增大,粘弹性阻尼器的控制效果更好;(5)场地覆盖土体的弹性模量增大,结构地震响应有所减小,粘弹性阻尼器控制效果更好;(6)粘弹性阻尼器平坦场地结构地震响应的控制效果比对多层接地的好;与多层接地结构的地震响应相比,场地覆盖土体的弹性模量对平坦场地结构的地震响应更大。
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