考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)振動控制研究.pdf

1、樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用和結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)是當前抗震研究中的熱點問題。本文對結(jié)構(gòu)考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用條件下,探討了采用幾種不同的隔震、減震及主動控制技術(shù)后的控制效果及其地震反應的特點,研究內(nèi)容如下:
　　1.研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)地震響應的影響。對于軟弱地基上的樁基結(jié)構(gòu),在抗震設(shè)計時忽略樁基礎(chǔ)對場地地震動的影響,其結(jié)果往往是得不到保證的。這是因為,由于樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用,地面地震動加速度反應譜較抗震規(guī)范的設(shè)計反應譜譜值

2、可能明顯增大,此時上部結(jié)構(gòu)將遭遇到更強的地震作用。本文對樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用進行了系統(tǒng)分析,并以儲罐為例,重點研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對特種結(jié)構(gòu)的影響。采用儲罐等效簡化Haroun-Housner力學模型,在考慮到固液耦合問題以及樁土與儲罐相互作用的情況下,建立了儲罐考慮樁-土-相互作用的計算模型,推導了其運動方程,分析了PSSI對儲罐地震響應的影響。分析結(jié)果表明:考慮PSSI,儲罐晃動的地震反應幾乎沒有變化,而儲罐的液固耦合的地震反

3、應有明顯的放大,相對與一般結(jié)構(gòu),儲罐的液固耦合位移增大較明顯,同時儲罐基地剪力和基地彎矩有很明顯的放大。
　　2.研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)被動控制的影響。被動控制不需要外部能量輸入,它是在原結(jié)構(gòu)上某個部位附加一個子系統(tǒng)或是設(shè)置特殊構(gòu)件,以改變結(jié)構(gòu)的動力特性,從而達到減震的目的。被動控制的研究主要集中在基礎(chǔ)隔震和耗能減震兩個方面。在現(xiàn)實中應用較廣泛的有夾層橡膠隔震裝置、基底滑移隔震裝置和TMD等,本文重點對考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相

4、互作用的滑移隔震結(jié)構(gòu)和TMD減震結(jié)構(gòu)的地震響應進行了研究。分析結(jié)果表明:滑移隔振結(jié)構(gòu)中,考慮PSSI時結(jié)構(gòu)的地震響應會有所增大。但是否考慮PSSI對滑移層的位移響應影響較小。在樁基條件下,基于結(jié)構(gòu)所設(shè)計的TMD都能較好的達到減小結(jié)構(gòu)地震動的效果。不考慮PSSI而盲目設(shè)計的TMD不僅不能起到減小地震動的效果,有時甚至起到反作用。
　　3.研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)主動控制的影響。在進行振動控制研究時,現(xiàn)有結(jié)構(gòu)控制理論大多建立于

5、剛性地基的假設(shè),即忽略樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用。由于土的存在,使結(jié)構(gòu)體系的振動特性發(fā)生改變,而很多主動控制和被動控制都是基于結(jié)構(gòu)的振動特性設(shè)計的。這種控制模型與實際結(jié)構(gòu)的差異將會降低主動控制的效果,甚至可能導致控制失敗。本文在Penzien模型的基礎(chǔ)上,建立了考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用(PSSI)的計算模型,推導了其主動控制方程,分析了PSSI對結(jié)構(gòu)控制的影響,以及土與結(jié)構(gòu)各種主要參數(shù)對控制效果的影響。分析結(jié)果表明:考慮PSSI,結(jié)構(gòu)地震響應

6、有所加大,控制效果有所降低,最大控制力增大;在一定范圍內(nèi),土的剪切波速、樁的截面慣性矩以及上部結(jié)構(gòu)的基本周期對結(jié)構(gòu)的主動控制有著顯著的影響。
　　4.研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對組合樁基結(jié)構(gòu)主動控制的影響。在現(xiàn)代建筑中,很多情況下建筑結(jié)構(gòu)呈相鄰布置,如果將它們用適當?shù)姆椒ㄟB接起來,形成組合結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)優(yōu)化振動參數(shù),則可利用結(jié)構(gòu)間的相互運動來消耗和吸收振動能量,從而達到減輕結(jié)構(gòu)振動的目的。本文提出了一種新的混合振動控制體系——組合