山区减震异形柱框架结构地震响应分析

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中国山地面积占据国土总面积的2/3,而山地地形复杂多样,大部分山地地区处于地震多发带,对于修筑其上的建筑结构来说,其抗震性能的研究显得尤为重要。以往对于普通场地上的土-结构相互作用研究得出,场地的影响会明显改变上部结构的动力特性,而减震装置对结构减震作用的发挥与结构的动力特性又密切相关。因此,对山地减震结构的地震响应分析具有很重要的现实意义,只有掌握了场地对减震结构的影响规律,并在实际工程中加以考虑,才能得到较好的减震效果。本文针对多层接地和倾斜基岩两种特殊场地上的减震异形柱框架结构,利用ANSYS建立三维有限元模型,对比分析了多层接地地基状况下,考虑与不考虑土-结构相互作用对结构地震反应和减震效率的影响。并分析了场地土体刚度、陡坎高度、陡坎下掉层跨数和基岩倾斜程度等因素对结构地震反应和减震效率的影响。通过分析多层接地地基状况下,考虑与不考虑土-结构相互作用对结构地震反应和减震效率的影响得出:①SSI模型的自振频率小于N-SSI模型,受控结构的自振频率大于无控结构;②SSI模型的地震响应对地震波的频谱特性更加敏感,SSI模型的地震反应大于N-SSI模型,采用底部固端的模型进行分析计算时,结果可能是偏不安全的,陡坎的存在会增大结构的地震反应;③采用底部固端的简化模型进行计算,会使多层接地结构陡坎上方的接地柱及陡坎下方的柱剪力出现反常,无法正确把握其实际受力情况,从而忽略掉薄弱部位,对设计不利;④对于多层接地这种特殊地形上的减震结构,考虑与不考虑土-结构相互作用对结构地震响应的减震效果影响较大,考虑SSI效应以后,阻尼器耗能作用发挥得更充分。但这种影响还与地震动输入的频谱特征有关。通过分析多层接地地基状况下,土体刚度、陡坎高度、陡坎下掉层跨数对结构地震反应和减震效率的影响得出:①多层接地结构的自振频率随着土体越软而越小,随着陡坎高度的增加而增大,随着陡坎下掉层跨数的增加而减小,但陡坎高度增大到一定程度后,会降低结构的高阶频率;②多层接地结构的层位移随着土体越软而越大,地基土刚度对结构层间位移、层间剪力和加速度反应的影响与地震波输入密切相关,当地震波输入的高频含量较少时,土体越软,地震反应越大;当地震波输入的高频含量较多时,在特软土情况下地震反应有可能减小,即软土地基可能对结构起到隔震作用;③无控结构的地震反应受陡坎高度和掉层跨数的影响规律与地震波输入相关,而受控结构则受地震波的影响较小;且陡坎高度和掉层跨数对结构陡坎下方楼层的层间反应影响较大,而对陡坎上方楼层影响较小;④多层接地减震结构的减震效果不仅与场地条件相关,还与地震波输入密切相关,应根据场地条件和当地地震分组情况合理选择阻尼器的数量和参数,才能达到较好的减震效果。通过分析基岩倾斜程度对结构地震反应和减震效率的影响得出:①结构的自振频率随着基岩斜率的增加而增大,但增加幅度不大;②倾斜基岩将降低地基对地震动的放大作用,且倾角越大,对地震反应的抑制作用越明显,因此,结构的层位移、绝对加速度和层间剪力等地震反应均随着基岩倾角的增加而减小,倾斜基岩时的反应均小于平坦场地;③基岩倾角不同会影响上部减震结构的减震效率,这种影响可能是更好也可能是更差。因此,即使上部的减震结构相同,在同一条地震波作用下,当基岩倾斜程度不同时,粘弹性阻尼器对结构的减震效果也是有差别的,只有考虑土-结构相互作用,根据实际地基情况进行减震设计,才能得到最佳的减震效果。
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