長周期地震動與SSI效應(yīng)耦合對厚覆蓋軟土場地上超高層建筑動力響應(yīng)影響規(guī)律研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口日趨密集，超高層建筑在一些―寸土寸金‖的中心城市迅猛發(fā)展，而許多大中城市分布在海濱或沉積盆地，這些地區(qū)覆蓋土層通常具有深厚和軟弱的特點。超高層建筑屬于長周期結(jié)構(gòu)，對遠(yuǎn)場長周期地震動敏感，容易發(fā)生類共振反應(yīng)。近年發(fā)生的幾次強(qiáng)震表明：特別是處于厚覆蓋軟土場地上的長周期結(jié)構(gòu)，更易遭受遠(yuǎn)場長周期地震動的影響。不僅如此，軟土場地上高層建筑的土-結(jié)構(gòu)動力相互作用（Soil-Structure Interaction，

2、SSI）可能對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。目前，包括我國在內(nèi)的多數(shù)國家的規(guī)范為了簡化設(shè)計，一般偏于安全地采用剛性地基假定而不計入SSI效應(yīng)的影響。
　　本文通過利用限元軟件ABAQUS對4個建立在深厚軟土層上的不同自振周期的超高層建筑（4s、6s、8s和10s）結(jié)構(gòu)算例進(jìn)行數(shù)值模擬，分別建立考慮SSI效應(yīng)整體模型和不考慮SSI效應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)有限元模型。利用選出的3條遠(yuǎn)場長周期地震波及1條參照波對其進(jìn)行地震動時程反應(yīng)分析，得到長周期地震動與S

3、SI效應(yīng)耦合對厚覆蓋軟土層上的超高層建筑結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)規(guī)律，為基于性能/位移的抗震設(shè)計、評估和加固提供必要的理論依據(jù)。通過分析得到以下結(jié)論：
　?。?）地震導(dǎo)致的層間變形是結(jié)構(gòu)破壞的主要因素，基于層間位移分析，Aqaba-Hadera.EW波、OSKO080508161146.EW波、JIJI波（LILA臺站）與ELCENTROL波4條地震波作用下，算例一、二、三、四中考慮SSI效應(yīng)之后結(jié)構(gòu)的最大層間位移分別是不考慮SSI效應(yīng)的1

4、.001、1.06、1.32、0.97倍，0.91、0.97、0.92、0.86倍，0.89、0.81、1.01、0.88倍及0.91、0.83、0.90、0.88倍，即算例二、三、四中考慮SSI效應(yīng)后結(jié)構(gòu)的最大層間位移較不考慮SSI效應(yīng)有明顯減小或接近，而算例一中考慮SSI效應(yīng)之后結(jié)構(gòu)的最大層間位移較不考慮SSI效應(yīng)有明顯變大或接近。這說明一般情況下，考慮SSI效應(yīng)能夠減弱遠(yuǎn)場長周期地震動對厚覆蓋軟土場地上超高層建筑的地震反應(yīng)，超高層

5、結(jié)構(gòu)基于剛性地基假定的抗震設(shè)計是偏于安全的，但是由算例一分析，如果考慮 SSI效應(yīng)之后，結(jié)構(gòu)的第一自振周期接近且小于土體的第一自振周期時，可能發(fā)生類共振效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)加大，導(dǎo)致基于剛性假定的抗震設(shè)計偏于不安全，這是在工程設(shè)計中需要特別注意的；4條地震波作用下，算例中的四個超高層建筑結(jié)構(gòu)中隨著上部結(jié)構(gòu)第一自振周期的增大，考慮與不考慮SSI效應(yīng)時結(jié)構(gòu)最大層間位移的相對誤差基本呈現(xiàn)減弱的趨勢，這說明隨著上部結(jié)構(gòu)第一自振周期的增大，SS

6、I效應(yīng)的減震效果越明顯。
　?。?）四個算例中，考慮 SSI效應(yīng)之后結(jié)構(gòu)頂層的加速度峰值明顯減小，其中參照波 ELCENTROL波作用下結(jié)構(gòu)頂層的加速度峰值減小幅度要大于另外3條遠(yuǎn)場長周期地震波，這說明SSI效應(yīng)可以減小厚覆蓋軟土場地上超高層結(jié)構(gòu)的地震加速度反應(yīng)，且遠(yuǎn)場長周期地震動作用下對加速度反應(yīng)的減弱效果要小于近場參照地震動；考慮SSI效應(yīng)時，在所選擇的4條地震波作用下，算例中的四個超高層建筑結(jié)構(gòu)中隨著上部結(jié)構(gòu)第一自振周期的增