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基于土—结构动力相互作用的滚珠隔震结构研究

章蓉  
【摘要】:基础隔震是在地震作用下维持建筑物正常使用功能的一种重要防护措施。目前大多数基础隔震理论均基于刚性地基假定,没有考虑土结构动力相互作用对结构的影响。国内外学者曾对该问题进行了研究探讨,但缺少土-结构动力相互作用对不同隔震结构影响程度的对比分析,且基于土结构动力相互作用的滚珠隔震结构的研究尚属空白,因此本文对其研究具有较强的理论意义。 本文以ANSYS有限元软件和理论分析为支撑,建立框架结构和框剪结构的有限元分析模型,采用带凹槽滚珠隔震装置,通过时程分析来对比土-结构动力相互作用对两种隔震结构的影响程度。本文主要完成以下工作: 1.介绍了已有的滚珠加弹簧复位隔震支座和带凹槽滚珠隔震支座,并建立土-结构动力相互作用下带凹槽滚珠隔震体系的力学模型和运动方程;采用集中质量显式有限元法建立三维时域内土体的运动方程。 2.以有限元理论为基础,将某8层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,分为五种情况讨论:1)未隔震结构不考虑土-结构动力相互作用的情况;2)隔震结构不考虑土结构动力相互作用的情况;3)在场地1、场地2、场地3(场地土依次变软)中隔震结构考虑土-结构动力相互作用的三种情况。利用ANSYS软件通过直接法建立分析模型并进行时程分析,对比各种情况下上部结构的地震反应,发现场地土越软,土-结构动力相互作用对框架隔震结构的影响越大。 3.将与上述框架结构相同跨度、层高的某8层钢筋混凝土框剪结构作为研究对象,采用相同的研究方法,得到场地土越软,土-结构动力相互作用对框剪隔震结构影响越大的结论。 4.对比三种场地中土-结构动力相互作用对上述两种隔震结构地震反应影响程度的大小,发现在同一场地条件下,土结构动力相互作用对框剪隔震结构的影响程度大于框架隔震结构,且场地土越软,前者所受土-结构动力相互作用影响的程度同后者相比越明显,即这种影响程度与上部结构的刚度成正比,与地基土刚度成反比。进而指出在结构隔震设计中考虑土-结构动力相互作用的必要性。


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