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近场地震动作用下土—基础隔震相互作用体系的地震响应研究

王亚楠  
【摘要】:基础隔震技术是一种有效的被动控制减震技术。它通过在上部结构和基础之间设置水平刚度较小的隔震层,延长结构的自振周期,使结构避开地震的卓越周期,达到减小结构地震反应的目的。现有规范在对隔震结构进行理论分析时,通常采用刚性地基假定,忽略土-结构相互作用(SSI)对结构的影响,实际上土-结构动力相互作用将延长结构的自振周期,改变结构的阻尼,影响结构的地震响应,因此在研究时应该把土-基础隔震结构作为一个整体来分析。近年来,通过对断层附近地震动记录的研究,发现这些地震动均伴随有长周期的速度和位移脉冲,这种脉冲效应会使结构在一开始就承受高能量冲击作用,引起较大的内力和变形,与远场地震区域相比,破坏力更加惊人。基于上述原因,本文对近场地震作用下,土-基础隔震相互作用体系的地震响应展开了研究。 运用ANSYS有限元分析软件建立结构的有限元模型。为了研究近场地震动作用下土-基础隔震相互作用体系的地震响应,首先通过对基于刚性地基假定的基础隔震结构(SG)和二类场地上的土-基础隔震结构相互作用体系(SGI)进行模态分析和比较来认识相互作用体系的动力特性;为了使所得结果更具普遍性,选择两条近场地震波作为结构的输入,并分别对两幢层数不同的SG和SGI体系进行时程分析和比较;最后研究了地基刚度变化和地震动特性对相互作用体系地震响应的影响。 通过分析得出以下结论:与原结构相比,土-基础隔震相互作用体系的周期变长;与原结构相比,相互作用体系上部结构的各层最大响应以及隔震层的最大响应均增大,上部结构各层层间位移变化不大,隔震层层间位移变化较明显;地基刚度的变化将改变结构的动力特性和地震响应,变化幅度与地基的“软硬”程度有关;地震动特性对结构的地震响应影响显著,造成这种差异的主要原因可以通过地震波能量在频率上的分布体现出来;在土-基础隔震相互作用体系中,隔震层仍然发挥了显著的隔震效果。


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