考虑土—结构动力相互作用的基础隔震与结构控制理论研究

【摘要】：本文系统地研究了考虑土-结构动力相互作用(SSI)的基础隔震与结构控 制,主要创新工作与成果包括以下几个方面: (1)研究了考虑土-结构动力相互作用的基础隔震结构的动力特性与地震 反应分析。应用间接边界元法推导了埋置基础的连续层状场地土的动力刚度矩 阵,利用叠加原理,采用子结构法针对橡胶支座隔震结构和滑移隔震结构分别 建立了频域内的计算模型以及运动方程;针对刚度较大和刚度较小的上部结构, 通过变化地基土的刚度参数,数值仿真分析了上部结构刚度对土-结构动力相 互作用程度的影响以及土-结构动力相互作用对不同型式隔震结构的隔震效果 的影响;比较了选取不同的隔震参数时,土-结构动力相互作用对隔震结构隔 震效果的影响。 (2)研究了考虑土-结构动力相互作用对结构地震反应控制的影响。利用 子结构法建立了受控结构在频域中的计算模型;通过 MATLAB 编程进行了仿真 分析了地震作用下考虑土-结构动力相互作用对结构振动特性的影响;利用傅 立叶变换推导出主动调频质量阻尼器(A-TMD)控制体系、多重被动调频质量 阻尼器(M-TMD)控制体系以及半主动磁流变阻尼器(MR)控制体系在频域 中的运动方程、状态方程和控制率,并数值仿真分析了考虑土-结构动力相互 作用对不同控制措施的控制效果的影响。 (3)研究了考虑结构-地下室-桩-土动力相互作用对高层建筑结构地震 反应控制的影响。建立了结构-地下室-桩-土动力相互作用的运动方程,其 中土体采用样条有限元法、样条子域法和半解析无限元法等分析方法,上部结 构及多层地下室采用弯剪模型;在时域内分别建立了考虑结构-地下室-桩- 土动力相互作用的高层建筑结构实施主动控制、被动控制和半主动控制的动力 方程,并数值仿真分析了考虑结构-地下室-桩-土动力相互作用对不同控制 措施的控制效果的影响。 研究表明,对软土地基上的结构进行基础隔震与结构控制设计时,必须考虑 土-结构动力相互作用对基础隔震与结构控制的影响。