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

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 近场地震动研究现状
• 1.1.1 近场地震的定义
• 1.1.2 近场地震的基本特征
• 1.1.3 近场地震对结构的影响研究
• 1.2 基础隔震技术的发展与分类
• 1.2.1 工程结构抗震技术的发展
• 1.2.2 基础隔震技术的发展与原理
• 1.2.3 基础隔震技术分类
• 1.3 土-结构相互作用的研究概况
• 1.3.1 土-结构相互作用的研究历史
• 1.3.2 土-结构相互作用的研究方法
• 1.3.3 土-基础隔震相互作用体系研究概况
• 1.4 本文所做工作
• 第2章 土-基础隔震相互作用体系的理论研究
• 2.1 地基模型介绍及其参数计算
• 2.1.1 弹性半空间地基的等价振动模型
• 2.1.2 锥体模型概述及其阻抗函数计算
• 2.2 隔震层力学性能和分析模型
• 2.2.1 隔震支座构造及相关参数
• 2.2.2 隔震支座竖向性能与水平向性能
• 2.2.3 隔震层分析模型
• 2.3 基础隔震结构计算模型及其运动方程
• 2.3.1 单质点体系
• 2.3.2 多质点平动体系
• 2.4 土-基础隔震体系简化力学模型及其运动方程
• 2.4.1 土-结构动力相互作用体系简化力学模型及其运动方程
• 2.4.2 土-基础隔震体系简化力学模型及其运动方程
• 第3章 工程数值计算模型
• 3.1 计算软件介绍
• 3.2 工程概况及相关参数
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 参数选取
• 3.3 工程有限元模型
• 3.4 计算方法选取
• 3.5 输入地震波选择
• 第4章 结构动力分析
• 4.1 模态分析
• 4.2 近场地震动作用下结构地震响应
• 4.2.1 基础隔震结构的地震响应
• 4.2.2 土-基础隔震相互作用体系地震响应
• 4.2.3 计算结果分析
• 4.3 地基刚度对结构响应的影响
• 4.3.1 地基刚度对频率的影响
• 4.3.2 地基刚度对结构响应的影响
• 4.4 地震动特性对结构响应的影响
• 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读研究生期间发表的论文