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考虑SSI的设备—结构相互作用地震反应分析

冀晨歌  
【摘要】:随着社会的持续进步,科学技术的快速发展以及人们生活水平的不断提高,设备成为了现代建筑中不可或缺的一部分,设备-结构体系成为现代建筑中常见的结构形式,地震时,体系中往往存在着复杂的动力相互作用。近年来,对于设备-结构相互作用的研究成为抗震领域的研究热点。当前对于设备-结构相互作用体系的理论与数值分析,大部分集中在线性阶段,且以刚性地基为基本假定,很少考虑结构与设备的非线性以及土与结构相互作用的影响,这与工程实际不相符。因此,本文给出了以钢框架为基础模型的设备-结构动力相互作用模型,采用动力时程法进行计算分析。针对考虑与不考虑设备-结构动力相互作用的两种工况,研究了刚性地基假定下以及考虑土-结构相互作用(SSI)后,小震、中震、大震阶段设备-结构动力相互作用对结构和设备动力反应的影响。主要内容和研究成果有:1.参与了即将开展的设备-钢框架结构相互作用体系地震模拟振动台试验的实验方案设计,作者主要进行了结构试验模型与设备模型的设计与制作,为试验做了准备。2.在设备-钢框架结构相互作用体系模拟地震振动台试验的实验方案基础上,将模型结构按相似比还原结构为算例,分析了刚性地基假定下,不同地震阶段设备-结构动力相互作用对结构和设备动力反应的影响。考虑设备-结构动力相互作用与不考虑相互作用相比,结构的地震反应有较明显的区别,尤其是设备的地震反应,处于完全失真状态。大震阶段由于设备和结构均进入了塑性阶段,刚度等主要参数发生了变化,导致相互作用的影响降低;虽然设备质量占结构总质量的比例很小,但仍会对结构位移与内力造成较大的影响。3.在以刚性基础为假定的设备-钢框架结构相互作用体系的基础上,加入地基土,形成考虑SSI的设备-结构相互作用计算模型,分析了考虑SSI效应的情况下,不同地震阶段设备-结构动力相互作用对结构和设备动力反应的影响。发现考虑SSI效应后在经历小震、中震、大震的过程中,考虑与不考虑设备-结构动力相互作用时,结构与设备动力反应的变化趋势与刚性基础假定下明显不同;对于已经考虑了设备-结构相互作用的体系,小、中震阶段SSI效应倾向于减小结构和设备的动力反应,而大震阶段SSI效应则很有可能增大结构和设备的动力反应。


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