地基土—偏心結(jié)構(gòu)相互作用體系平扭耦聯(lián)振動特性研究.pdf

1、由于結(jié)構(gòu)樓層中的質(zhì)量和剛度分布的不規(guī)則，造成樓層的質(zhì)量中心和剛度中心不重合，從而使得在地震作用下結(jié)構(gòu)各樓層受到的慣性力與樓層抗力不共線，結(jié)構(gòu)將會在不同程度上表現(xiàn)為平動與扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的變形特征。目前，國內(nèi)外對偏心結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的研究工作還不完善，尤其對考慮地基影響后偏心結(jié)構(gòu)平扭耦聯(lián)問題涉及更少。實際上，偏心結(jié)構(gòu)的平扭耦聯(lián)動力特性會受到地基土的影響。為此對考慮土—結(jié)構(gòu)相互作用的偏心結(jié)構(gòu)平扭耦聯(lián)問題進行參數(shù)分析，對完善結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論，完善結(jié)構(gòu)抗震

2、設(shè)計規(guī)范有重要意義。
　　 本文結(jié)合國家自然科學基金項目“偏心結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—地基土相互作用平扭耦聯(lián)參數(shù)影響分析”(項目批準號：50878143)，分別對地基土—單層偏心結(jié)構(gòu)相互作用體系、基礎(chǔ)偏心時土—單層偏心結(jié)構(gòu)相互作用體系以及地基土—兩層偏心結(jié)構(gòu)相互作用體系平扭耦聯(lián)反應(yīng)進行了深入的研究。文中采用拉格朗日能量法對不同體系分別建立運動方程，假定上部結(jié)構(gòu)具有經(jīng)典振型，單獨對上部結(jié)構(gòu)采用模態(tài)法進行解耦，求得解析解。確定了影響各體系平扭耦

3、聯(lián)反應(yīng)的參數(shù)，詳細研究了各參數(shù)的影響規(guī)律，并在時域內(nèi)編制彈性地震反應(yīng)動力分析程序?qū)ν痢慕Y(jié)構(gòu)相互作用體系平扭耦聯(lián)反應(yīng)進行參數(shù)分析，驗證采用時程分析法進行參數(shù)分析的可行性，并討論了現(xiàn)行設(shè)計方法的有效性。通過上述工作，本文主要得出了以下成果：
　　 (1)確定了土—單層偏心結(jié)構(gòu)相互作用體系的影響參數(shù)：扭平頻率比Ω、偏心率B、地基土特性和高寬比。指出由于土的介入，相互作用體系的自振頻率和振動幅值會相應(yīng)減小，地基土越軟，減小程度越大；

4、偏心率和扭平頻率比對結(jié)構(gòu)平扭耦聯(lián)反應(yīng)的影響規(guī)律會受到土—結(jié)構(gòu)相互作用程度的影響；土體的介入使得平扭耦聯(lián)程度減弱，且地基土越軟，減弱程度越多。
　　 (2)研究了基礎(chǔ)偏心對上部結(jié)構(gòu)位移的影響規(guī)律，得出：基礎(chǔ)質(zhì)量偏心率對上部結(jié)構(gòu)平動位移和扭轉(zhuǎn)位移傳遞函數(shù)的影響均很??；基礎(chǔ)剛度偏心率對上部結(jié)構(gòu)的影響要明顯得多，尤其是對扭轉(zhuǎn)位移的影響。因此，在實際工程中應(yīng)盡量優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在剛度偏心與質(zhì)量偏心兩者中應(yīng)更注重控制剛度偏心。
　　

5、(3)確定了地基土—兩層偏心結(jié)構(gòu)相互作用體系平扭耦聯(lián)問題的主要參數(shù)：偏心率、扭平頻率比、偏心樓層位置和地基土特性；偏心率對偏心樓層平動位移起放大作用，對結(jié)構(gòu)非偏心樓層平動位移起減小作用；均勻偏心結(jié)構(gòu)的平動位移隨偏心率的變化規(guī)律受地基土條件的影響；不同偏心形式(底層偏心，頂層偏心及均勻偏心)結(jié)構(gòu)的平動位移的相對關(guān)系受地基土條件的影響。
　　 (4)通過時域內(nèi)利用直接積分法計算的結(jié)果與頻域內(nèi)強解耦結(jié)果進行傅立葉逆變換后的結(jié)果進行比較

6、，驗證了頻域內(nèi)分析所采用的強解耦方法的可行性。同時本文在時域范圍內(nèi)分析地基土—偏心結(jié)構(gòu)相互作用體系參數(shù)對結(jié)構(gòu)體系彈性地震反應(yīng)的影響，驗證采用時程分析法進行參數(shù)分析的可行性。
　　 (5)抗震設(shè)計規(guī)范中為控制結(jié)構(gòu)扭振效應(yīng)給出了兩個參數(shù)：位移比和周期比。本文通過對考慮了土—結(jié)構(gòu)相互作用以后的周期比進行研究，發(fā)現(xiàn)：考慮土—結(jié)構(gòu)相互作用會影響位移比隨周期比的變化程度，所以建議深入研究地基土—結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)周期比限值問題的影響，以便制