基于SSI及非線性土體反應的新型分布式隔震系統(tǒng)研究.pdf

1、中國是世界上地震活動強烈和地震災害嚴重的國家之一。統(tǒng)計表明,世界上約35％的7級以上大陸地震發(fā)生在我國;20世紀全球因地震死亡的120萬人中,我國占59萬。另外,我國有近1/3以上的國土位于Ⅶ度以上的高地震烈度區(qū)。1900到2007年間,我國大陸地區(qū)已經(jīng)發(fā)生7.0至7.9級地震70次,8.0級及以上地震6次,這些地震造成的災害涉及28個省份,死亡59萬人,傷殘76萬人,受災達數(shù)億人次。2008年5月12日14時28分在中國四川省汶川映秀

2、鎮(zhèn)發(fā)生里氏8.0級特大地震,造成69,188人遇難,直接經(jīng)濟損失高達8451億元人民幣。因而,積極開展防震減災,最大限度地減輕地震災害應該是我國的基本國策之一。本文將工作重心放在調(diào)查地震作用內(nèi)在機理——非線性土體反應效應、以及土-結構相互作用(Soil-Structure Interaction,簡稱SSI)問題,通過一系列室內(nèi)動力循環(huán)單剪試驗,室外剪切波速測試評估,與對湖南大學土木工程學院上下部實驗室內(nèi)一七層、1/4大比例鋼框架模型進

3、行一系列牽引與微動激勵試驗研究,并進行了振動臺試驗研究,以期通過一系列理論分析與試驗研究對非線性土體反應和SSI問題有一個較為深入的認識,并運用這兩者的自然屬性到減輕地震作用對房屋結構的破壞上,從而一定程度保護地震中的人員財產(chǎn)生命安全。本文共分六章,每章的主要內(nèi)容有:
　　 1.通過對大量相關文獻的概括總結,評述了國內(nèi)外開展SSI研究的現(xiàn)狀與發(fā)展水平,對評估地震中考慮SSI反應的方法進行了歸納總結,分析了已有研究工作成果的研究意

4、義以及可進一步開展工作的地方,并提出了一種基于SSI及非線性土體反應效應的分布式隔震系統(tǒng),對其進行了文獻綜述,指出針對SSI系統(tǒng)及分布式隔震系統(tǒng)采用的理論和試驗調(diào)查方法和基本研究框架。
　　 2.通過對湖南大學土木工程學院上下部實驗室土槽內(nèi)回填砂土進行動力單剪試驗,取得了場地土及橡膠-土混合物的各類動力特性參數(shù),并調(diào)查了不同飽和度對于土體循環(huán)剪切中動力參數(shù)的影響,取得了不同飽和度土樣在不同固結壓力下的最大剪切模量Gmax,最大阻

5、尼比Dmax,動剪模量歸一化曲線G/Gmax-γ以及阻尼歸一化曲線D/Dmax-γ,并獲得橡膠-土混合物的各項動力特性,為后續(xù)數(shù)值模擬計算打下基礎;
　　 3.研究應變歷史對土樣剪切模量G與阻尼比D的影響,確定應變循環(huán)前固結時間、等幅應變循環(huán)加載時的應變幅度、循環(huán)剪切次數(shù)對于土樣動剪切模量G以及阻尼比D的控制效應,并發(fā)現(xiàn)一個明顯的應變歷史門檻標志,可作為土體經(jīng)受以往地震作用的一種符號,其中阻尼比D受其影響比動剪切模量G受其影響更

6、為明顯。進行室外下孔法剪切波速測試與室內(nèi)循環(huán)單剪試驗,比較由場地取得剪切波速換算的場地土各層最大動剪切模量Gmax與各層土樣通過室內(nèi)動剪切試驗所取得的最大動剪切模量Gmax,對下面的理論分析提供了有力的數(shù)據(jù)支持;
　　 4.對湖南大學土木工程學院上下部實驗室內(nèi)一七層、1/4比例鋼框架模型進行了一系列牽引釋放激振與環(huán)境微動激勵試驗研究。分別在剛性地基和柔性地基改變上部結構剛度與質(zhì)量的17種工況下進行模型頂部牽引激振試驗,在時域與頻

7、域內(nèi)取得并分析了試驗數(shù)據(jù)結果。同時進行了結構的微動激勵測試調(diào)查結構在環(huán)境振動下的SSI效應影響程度,取得了一些實驗數(shù)據(jù);
　　 5.對前述鋼框架模型牽引釋放激振與微動激振試驗數(shù)據(jù)結果進行了分析,研究了結構-土剛度比、結構-土質(zhì)量比以及層間高度對于SSI效應的影響程度,并評估了在微動激勵下模型結構在柔性地基,擬柔性地基以及剛性地基條件下的基本參數(shù),取得了一些有益的結論;
　　 6.利用SAP2000有限元軟件對地震作用下地

8、基-上部鋼框架結構進行了有限元數(shù)值模擬,地基土考慮傳統(tǒng)固定基礎結構以及不同配比的橡膠土隔震系統(tǒng),模擬鋼框架模型在El Centro波,Kobe波,Northridge波和汶川波等地震激勵下的動力響應,數(shù)值模擬研究表明此種分布式隔震系統(tǒng)能有效減少上部結構對地震作用的加速度反應以及層間剪力。隨后進行了分布式隔震系統(tǒng)振動臺試驗研究,調(diào)查此隔震系統(tǒng)在不同橡膠顆粒含量、不同墊層厚度以及不同上部結構配重參數(shù)變化條件下的隔震性能,試驗結果表明此隔震措