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

1、樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用和結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)是當(dāng)前抗震研究中的熱點(diǎn)問題。本文對(duì)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(dòng)控制技術(shù)后的控制效果及其地震反應(yīng)的特點(diǎn),研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。對(duì)于軟弱地基上的樁基結(jié)構(gòu),在抗震設(shè)計(jì)時(shí)忽略樁基礎(chǔ)對(duì)場(chǎng)地地震動(dòng)的影響,其結(jié)果往往是得不到保證的。這是因?yàn)?由于樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用,地面地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜較抗震規(guī)范的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜譜值

2、可能明顯增大,此時(shí)上部結(jié)構(gòu)將遭遇到更強(qiáng)的地震作用。本文對(duì)樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并以儲(chǔ)罐為例,重點(diǎn)研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)特種結(jié)構(gòu)的影響。采用儲(chǔ)罐等效簡(jiǎn)化Haroun-Housner力學(xué)模型,在考慮到固液耦合問題以及樁土與儲(chǔ)罐相互作用的情況下,建立了儲(chǔ)罐考慮樁-土-相互作用的計(jì)算模型,推導(dǎo)了其運(yùn)動(dòng)方程,分析了PSSI對(duì)儲(chǔ)罐地震響應(yīng)的影響。分析結(jié)果表明:考慮PSSI,儲(chǔ)罐晃動(dòng)的地震反應(yīng)幾乎沒有變化,而儲(chǔ)罐的液固耦合的地震反

3、應(yīng)有明顯的放大,相對(duì)與一般結(jié)構(gòu),儲(chǔ)罐的液固耦合位移增大較明顯,同時(shí)儲(chǔ)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(duì)結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制的影響。被動(dòng)控制不需要外部能量輸入,它是在原結(jié)構(gòu)上某個(gè)部位附加一個(gè)子系統(tǒng)或是設(shè)置特殊構(gòu)件,以改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,從而達(dá)到減震的目的。被動(dòng)控制的研究主要集中在基礎(chǔ)隔震和耗能減震兩個(gè)方面。在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)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(diǎn)對(duì)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(yīng)進(jìn)行了研究。分析結(jié)果表明:滑移隔振結(jié)構(gòu)中,考慮PSSI時(shí)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)會(huì)有所增大。但是否考慮PSSI對(duì)滑移層的位移響應(yīng)影響較小。在樁基條件下,基于結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的TMD都能較好的達(dá)到減小結(jié)構(gòu)地震動(dòng)的效果。不考慮PSSI而盲目設(shè)計(jì)的TMD不僅不能起到減小地震動(dòng)的效果,有時(shí)甚至起到反作用。
　　3.研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制的影響。在進(jìn)行振動(dòng)控制研究時(shí),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(dòng)特性發(fā)生改變,而很多主動(dòng)控制和被動(dòng)控制都是基于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性設(shè)計(jì)的。這種控制模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差異將會(huì)降低主動(dòng)控制的效果,甚至可能導(dǎo)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(jì)算模型,推導(dǎo)了其主動(dòng)控制方程,分析了PSSI對(duì)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(duì)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(yīng)

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(duì)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制有著顯著的影響。
　　4.研究了樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)組合樁基結(jié)構(gòu)主動(dòng)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(dāng)?shù)姆椒ㄟB接起來(lái),形成組合結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)優(yōu)化振動(dòng)參數(shù),則可利用結(jié)構(gòu)間的相互運(yùn)動(dòng)來(lái)消耗和吸收振動(dòng)能量,從而達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。本文提出了一種新的混合振動(dòng)控制體系——組合