粉質(zhì)填土屋頂花園減震功能拓展及其簡化分析方法研究.pdf

1、地震災(zāi)害頻發(fā)，建筑的抗震減災(zāi)備受關(guān)注。震害及前期研究揭示出，粉土液化具有潛在的耗能減震特性。若能利用粉土液化發(fā)掘屋頂花園的消能減震功能，可使其在滿足環(huán)境綠化的同時(shí)又達(dá)到了減輕地震災(zāi)害的目標(biāo)。于此，本文秉承“屋頂綠化為前提、屋面集水為側(cè)面、耗能減震為核心”的研發(fā)原則，旨在利用粉土液化和液化后流動(dòng)粉土的動(dòng)力特征發(fā)掘屋頂花園的消能減震功能。本課題擬在前期研究工作的基礎(chǔ)上，通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究等方法，研究粉質(zhì)填土屋頂花園系統(tǒng)的減震機(jī)

2、理和性能，提出粉質(zhì)填土屋頂花園的簡化分析模型，給出實(shí)用合理的減震設(shè)計(jì)方法。預(yù)期研究成果對于提高城市的綜合防災(zāi)能力和村鎮(zhèn)房屋抗震能力具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
　　本文首先在已有研究的基礎(chǔ)上，考慮主體結(jié)構(gòu)與減震子結(jié)構(gòu)的調(diào)諧，對粉土填充屋頂花園系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；其次，通過自由振動(dòng)試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，分析了裝置的耗能機(jī)理及減震效果；然后，將液化粉土簡化為均質(zhì)粘性流體，利用有限元軟件ANSYS研究了流體的粘性對其晃動(dòng)特性及其對結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性

3、的影響；最后，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，將設(shè)有粉土填充屋頂花園減震系統(tǒng)的單層結(jié)構(gòu)簡化為單自由度模型，給出等效附加阻尼的擬合公式，利用MATLAB自編程序驗(yàn)證了簡化分析模型的可靠性。
　　①在水平地震作用下，飽和粉土較容易產(chǎn)生振動(dòng)液化，說明粉土減震系統(tǒng)的減震性能較易激發(fā)，在工程應(yīng)用中具有一定的可行性。
　?、谧杂烧駝?dòng)試驗(yàn)結(jié)果顯示：粉土減震裝置可以給結(jié)構(gòu)提供較大的阻尼，減震效果明顯，且粉土減震系統(tǒng)給結(jié)構(gòu)提供的等效阻尼比與飽和粉土對有控結(jié)構(gòu)的

4、質(zhì)量比呈正相關(guān)，而與水平加載位移幅值和結(jié)構(gòu)的剛度無明顯的關(guān)系。
　　③由中型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可知：不同地震波作用下，粉土減震裝置均有較好的減震效果。正弦波作用下，當(dāng)外激勵(lì)頻率與主體結(jié)構(gòu)自振頻率相同且與液化粉土的晃動(dòng)頻率接近時(shí)，減震效果較好。
　?、芡ㄟ^有限元模擬發(fā)現(xiàn)，流體粘性主要影響流體晃動(dòng)幅度而對其晃動(dòng)頻率影響不大；近似計(jì)算液化粉土的晃動(dòng)頻率時(shí)，可參考Housner模型進(jìn)行計(jì)算；增大減震系統(tǒng)中流體的動(dòng)力粘度，裝置的減震效果會(huì)相應(yīng)