刚性摇摆体非线性地震响应规律研究

摘要

基于承载力的设计理念地震响应研究已经非常成熟，但是随着近20年来世界上强震频发，研究人员发现传统理念存在局限性。在大地震作用下，结构不可能不出现塑性铰、基础提离等非线性行为，因此有学者提出了“摇摆隔震”的理论。与传统方法不同的是摇摆隔震理念不再过度强化结构构件来避免结构在大地震作用下产生非线性行为，允许结构发生摇摆、基础提离、塑性铰以及地基土的塑性变形等非线性行为，并充分利用这些非线性行为来消耗地震的能量，减小地震荷载对上部结构的影响。这一理念被越来越多的学者认可、重视和研究，基础提离对结构地震响应的影响成为抗震研究的热点。 本文首先设计固定刚性柱、无滑移刚性摇摆柱、有滑移刚性摇摆柱、软土地基刚性摇摆柱和砂土地基刚性摇摆柱5种试验，施加不同类型和幅值的地震荷载。分析试验结果，初步探究了摇摆结构地震响应的基本规律。 其次，通过对比分析，探讨了地震荷载类型和幅值、基础提离、滑移和地基土特性对试件水平向和竖向动力响应规律的影响，具体对比为：固定刚性柱与无滑移刚性摇摆柱试验、无滑移刚性摇摆柱与有滑移刚性摇摆柱试验、有滑移刚性摇摆柱和柔性地基上刚性摇摆柱试验，软土地基与砂土地基试验等。 本文经过一系列的试验和数值模拟分析，得出基础提离、滑移和地基土特性对摇摆结构地震响应的影响规律。主要体现在以下几个方面：（1）在中小地震作用下，基础提离、滑移会减小摇摆结构体系上部结构动力响应。（2）在遇到较大地震作用，发生基础提离和滑移时，结构动力响应会明显增大，但发生滑移时结构顶部竖向动力响应会减小。（3）柔性地基可以减小结构动力响应，其中砂土地基对水平向动力响应影响较大，而软土地基对竖向动力响应影响较大。 最后，在试验研究的基础上，采用接触单元法对试验进行模拟，建立考虑基础提离和滑移影响的计算方法。对比试验和数值模拟结果，验证计算方法的可行性，在此基础上探讨摇摆结构地震响应规律。根据数值模拟结果与试验数据的对比表明：接触面单元法可以在一定程度上模拟接触面的非线性特性，但无法考虑接触时的冲击效应，可以初步应用于摇摆体的地震响应分析。

目录

声明

第1章绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 考虑基础提离的结构地震响应试验研究现状

1.2.2 结构基础提离地震响应分析模型研究现状

1.2.3 数值分析和计算方法的研究现状

1.3 本文主要研究内容和技术路线

1.4 本文的创新点

第2章置于刚性地基上刚性柱体地震响应试验研究

2.1 引言

2.2 振动台试验设计

2.2.1 试验设备和试件

2.2.2 试验类型和监测方案

2.2.3 加载制度

2.3 固定刚性柱试验结果及分析

2.4 无滑移刚性摇摆柱试验结果及分析

2.4.1 加速度分析

2.4.2 竖向位移分析

2.5 有滑移刚性摇摆柱试验结果及分析

2.5.1 加速度分析

2.5.2 竖向位移分析

2.6 本章小结

第3章置于柔性地基上刚性块体地震响应试验研究

3.1 引言

3.2 振动台试验设计

3.2.1 试验设备和试样

3.2.2 试验类型和监测方案

3.2.3 加载制度

3.3 置于软土地基上刚性摇摆柱试验结果及分析

3.3.1 加速度分析

3.3.2 竖向位移分析

3.4 置于砂土地基上刚性摇摆柱试验结果及分析

3.4.1 加速度分析

3.4.2 竖向位移分析

3.5 本章小结

第4章基于试验数据的刚性摇摆体非线性地震响应特点分析

4.1 引言

4.2 提离对刚性摇摆柱体地震响应影响分析

4.3 滑移对刚性摇摆柱体地震响应分析

4.4 地基土特性对摇摆柱体地震响应分析

4.5 本章小结

第5章基于接触单元法的刚性摇摆体非线性地震响应计算方法研究

5.1 引言

5.2 置于刚性地基上刚性摇摆体地震响应数值分析

5.2.1 计算模型

5.2.2 数值模拟与试验结果对比分析

5.3 置于柔性地基上刚性摇摆体地震响应数值分析

5.3.1 计算模型

5.3.2 数值模拟与试验结果对比分析

5.4 本章小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

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