多层框架基础隔震体系土—结动力相互作用分析
|
摘要
近几十年来，基础隔震技术逐渐被重视，并且得到了广泛的应用。但是在传统的理论分析中，对于基础隔震结构往往忽视土-结相互作用对其隔震效果的影响。本文针对这一问题，对一叠层橡胶基础隔震建筑在考虑土-结相互作用下的响应情况进行了计算、分析，得到了一些有益的结果。具体工作如下：
1．对土-结相互作用的发展历史及其计算方法，基础隔震技术在国内外的发展情况进行了简要地概括总结，提出了存在的问题和本文重点研究工作。
2．简述了改进的有限元软件ANSYS的功能以及运用它进行基础隔震体系的土-结动力相互作用分析时，各单元的选择和模拟的方法。
3．对一栋7层框架基础隔震体系在不同的地震大小和不同场地条件下，进行了考虑土-结构相互作用和不考虑相互作用分析和比较，发现：考虑土-结构相互作用后各楼层的位移幅值比不考虑土-结相互作用均有大幅的提高，而层间位移幅值明显减小。
4．对基础固定和基础隔震结构在二类场地条件下的地震响应情况，进行了比较、分析，发现基础隔震体系能使上部结构的反应大大降低，有效地降低了地震作用。
最后，对全文的研究工作进行了总结，并讨论了今后进一步需要的研究工作。
Abstract
In recent years, base isolation technology attracted more concentration gradually and have been wildly used in the world .However, in the traditional theory analysis, influence on base isolation property of the soil-structure interaction was seldom considered for the base isolation structure. This paper focus on this point , calculating and analyzing response of a structure with laminated rubber bearings, considered soil-structure interaction, and provide some beneficial results. The details are as follows:
1. The development of soil-structure interaction and calculating methods ,as well as the evolution of base isolation technology in the world are summarized briefly in the paper. Furthermore , some existed limitation and emphases of this research work are presented .
2. The basic functions of the upswing FEM software-'ANSYS' and the methods to select and simulate element in the analysis of soil-structure dynamic interaction of a base isolation construction are introduced.
3. Some analysis and comparison are done under different earthquake intensity ,various site condition and whether or not considering soil-structure interaction for a 7 storied framed base- isolated structure .And we find that , the displacement amplitude of each story increase greatly compared with the case in which the soil-structure interaction is not considered, but relative displacement amplitude reduce obviously.
4. The seismic responses of fixed base and base isolated structure in the case of grade 2 site are compared and analyzed, it's found that the base isolated system reduced the response of superstructure greatly, that is to say, the system is effective to resist earthquake.
At last, the research work are generalized and the problems which need further study in the future are discussed.
1．对土-结相互作用的发展历史及其计算方法，基础隔震技术在国内外的发展情况进行了简要地概括总结，提出了存在的问题和本文重点研究工作。
2．简述了改进的有限元软件ANSYS的功能以及运用它进行基础隔震体系的土-结动力相互作用分析时，各单元的选择和模拟的方法。
3．对一栋7层框架基础隔震体系在不同的地震大小和不同场地条件下，进行了考虑土-结构相互作用和不考虑相互作用分析和比较，发现：考虑土-结构相互作用后各楼层的位移幅值比不考虑土-结相互作用均有大幅的提高，而层间位移幅值明显减小。
4．对基础固定和基础隔震结构在二类场地条件下的地震响应情况，进行了比较、分析，发现基础隔震体系能使上部结构的反应大大降低，有效地降低了地震作用。
最后，对全文的研究工作进行了总结，并讨论了今后进一步需要的研究工作。
Abstract
In recent years, base isolation technology attracted more concentration gradually and have been wildly used in the world .However, in the traditional theory analysis, influence on base isolation property of the soil-structure interaction was seldom considered for the base isolation structure. This paper focus on this point , calculating and analyzing response of a structure with laminated rubber bearings, considered soil-structure interaction, and provide some beneficial results. The details are as follows:
1. The development of soil-structure interaction and calculating methods ,as well as the evolution of base isolation technology in the world are summarized briefly in the paper. Furthermore , some existed limitation and emphases of this research work are presented .
2. The basic functions of the upswing FEM software-'ANSYS' and the methods to select and simulate element in the analysis of soil-structure dynamic interaction of a base isolation construction are introduced.
3. Some analysis and comparison are done under different earthquake intensity ,various site condition and whether or not considering soil-structure interaction for a 7 storied framed base- isolated structure .And we find that , the displacement amplitude of each story increase greatly compared with the case in which the soil-structure interaction is not considered, but relative displacement amplitude reduce obviously.
4. The seismic responses of fixed base and base isolated structure in the case of grade 2 site are compared and analyzed, it's found that the base isolated system reduced the response of superstructure greatly, that is to say, the system is effective to resist earthquake.
At last, the research work are generalized and the problems which need further study in the future are discussed.
引文
[1] 薄景山，丁海平，场地分类研究状况简介，全国地震区划学术讨论会论文集，1998年
[2] 陈波，吕西林，李培振，陈跃庆，用ANSYS模拟结构—地基动力相互作用振动台实验的建模方法，地震工程与工程振动，Vol．22，No．1，126-131，2002
[3] 陈国兴，王志华，宰金珉，考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振动台模型试验研究，地震工程与工程振动，Vol．21，No．4，2001，9
[4] 丁海平(导师：廖振鹏)，线性土—结构动力相互作用分析方法的改进，中国地震局工程力学研究所博士学位论文，2000，11
[5] 丁海平，周正华，土层地震反应的数值模拟，世界地震工程，1998年9月，14卷3期
[6] 丁强，刘再华，具有叠层橡胶基础隔震系统的多层建筑的动力响应，建筑结构学报，第16卷第4期，1995年8月
[7] 关惠敏(导师：廖振鹏)，土-结构动力相互作用分析中的人工边界，国家地震局工程力学研究所博士学位论文，1994，7
[8] 胡聿贤，地震工程学，地震出版社，1988
[9] 黄光灿，基础隔震结构抗震设计的基本原则，工程抗震，1995年6月，第2期
[10] 黄永林，基础隔震研究与应用的回顾与前瞻，地震学刊，1998年第4期
[11] 金星，马强，李山有，利用数字强震仪记录实时仿真地动速度，地震工程与工程振动，Vol．24，No．1，2004，2
[12] J．P．瓦尔夫著，土-结构动力相互作用，地震出版社，1989年12月
[13] 孔戈(导师：金星)，基于ANSYS二次开发的地下结构动力反应仿真分析，中国地震局工程力学研究所硕士研究生学位论文，2003，12
[14] 李海岭，葛修润，土-结构相互作用对隔震结构影响的模态分析方法，振动与冲击，Vol．19 No．3，2000
[15] 李海岭，葛修润，土-结构相互作用对基础隔震体系的影响，土木工程学报，Vol．34 No．4，2001
[16] 李慧，杜永峰等，叠层橡胶垫基础隔震技术的研究，甘肃工业大学学报，Vol．25，NO．2，1999
[17] 李忠献，李延涛，王健，土-结构动力相互作用对基础隔震的影响，Vol．23，No．5，180—186，2003
[18] 廖振鹏著，工程波动理论导论(第二版)，科学出版社，2002
[19] 廖振鹏，周正华，张艳红，波动数值模拟中透射边界的稳定实现，地球物理学报，2002，45(4)：533-545
[20] 刘涛，精通ANSYS，清华大学出版社，2002
[21] 刘燕，赵胜利，魏建国，侯建娟，隔震结构的非线性计算方法，河北农业大学学报，Vol．25，No．4，Oct．2002
[22] 潘开名，刘斌，刘之洋，王小初，叠层橡胶之作隔震结构地基-结构动力相互作用分析，东北大学学报(自然科学版)，Vol．23，No．1，Jan．2002
[23] 谭建国编著，使用ANSYS6.0进行有限元分析，北京大学出版社，2002
[24] 沈聚敏，周锡元，高小旺，刘晶波，抗震工程学，北京：中国建筑工业出版社，2000，12
[25] 沈杰，秦磊，某部队科技楼基础隔震体系的地震反应分析，山东建筑工程学院学报，Vol．17，No．1，2002，3
[26] 谢宁，橡胶隔震支座力学性能测试报告，云南工业大学建筑工程学院，1998．2
[27] 云南省设计院，橡胶隔震支座在建筑工程中的应用，《橡胶隔震支座开发研究》子课题之三，1998．2
[28] 增德民，苏经宇，樊水荣，马东辉，建筑基础隔震技术的发展和应用情况，工程抗震，1996，9，第3期
[29] 张克绪，谢君斐著，土动力学，地震出版社，1989
[30] 中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)．中国建筑工业出版社，北京，2001
[31] 周福霖，工程结构减震控制，地震出版社，1997
[32] 周锡元，王广军，苏经宇，场地地基设计地震，地震出版社，1990
[33] ANSYS公司北京办事处．ANSYS单元手册．2000
[34] ANSYS APDL Programmer' s Guide, ANSYS Inc.,2001
[35] ANSYS Basic Analysis Procedures Guide, ANSYS Inc.,2001
[36] ANSYS Commands Reference, ANSYS Inc.,2001
[37] ConstantinouM. C. andKneifatiM.,DynamicsofSoil-Base-Isolated-Stru-cture Systems, J. Struc. Engrg. ASCE, 1988,114(1):211-221
[38] FA-GUNG FAN and GOODARZ AHMADI:Floor Response Spectra for Base-isolated Multi-Story Structurea, Earthquake Engrg. And Structual Dynamics. Vol. 19. pp. 377-388,1990
[39] Michele Louie, Seismic Soil-Structure Interaction, ECI 281A, ADV. Soil Mechanics Term Project, Fall 2001
[40] Novak M and Hendreson P. Base-Isolated Building with Soil-Structure Interaction. EESD, 1989,18(6):751-765
[2] 陈波，吕西林，李培振，陈跃庆，用ANSYS模拟结构—地基动力相互作用振动台实验的建模方法，地震工程与工程振动，Vol．22，No．1，126-131，2002
[3] 陈国兴，王志华，宰金珉，考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振动台模型试验研究，地震工程与工程振动，Vol．21，No．4，2001，9
[4] 丁海平(导师：廖振鹏)，线性土—结构动力相互作用分析方法的改进，中国地震局工程力学研究所博士学位论文，2000，11
[5] 丁海平，周正华，土层地震反应的数值模拟，世界地震工程，1998年9月，14卷3期
[6] 丁强，刘再华，具有叠层橡胶基础隔震系统的多层建筑的动力响应，建筑结构学报，第16卷第4期，1995年8月
[7] 关惠敏(导师：廖振鹏)，土-结构动力相互作用分析中的人工边界，国家地震局工程力学研究所博士学位论文，1994，7
[8] 胡聿贤，地震工程学，地震出版社，1988
[9] 黄光灿，基础隔震结构抗震设计的基本原则，工程抗震，1995年6月，第2期
[10] 黄永林，基础隔震研究与应用的回顾与前瞻，地震学刊，1998年第4期
[11] 金星，马强，李山有，利用数字强震仪记录实时仿真地动速度，地震工程与工程振动，Vol．24，No．1，2004，2
[12] J．P．瓦尔夫著，土-结构动力相互作用，地震出版社，1989年12月
[13] 孔戈(导师：金星)，基于ANSYS二次开发的地下结构动力反应仿真分析，中国地震局工程力学研究所硕士研究生学位论文，2003，12
[14] 李海岭，葛修润，土-结构相互作用对隔震结构影响的模态分析方法，振动与冲击，Vol．19 No．3，2000
[15] 李海岭，葛修润，土-结构相互作用对基础隔震体系的影响，土木工程学报，Vol．34 No．4，2001
[16] 李慧，杜永峰等，叠层橡胶垫基础隔震技术的研究，甘肃工业大学学报，Vol．25，NO．2，1999
[17] 李忠献，李延涛，王健，土-结构动力相互作用对基础隔震的影响，Vol．23，No．5，180—186，2003
[18] 廖振鹏著，工程波动理论导论(第二版)，科学出版社，2002
[19] 廖振鹏，周正华，张艳红，波动数值模拟中透射边界的稳定实现，地球物理学报，2002，45(4)：533-545
[20] 刘涛，精通ANSYS，清华大学出版社，2002
[21] 刘燕，赵胜利，魏建国，侯建娟，隔震结构的非线性计算方法，河北农业大学学报，Vol．25，No．4，Oct．2002
[22] 潘开名，刘斌，刘之洋，王小初，叠层橡胶之作隔震结构地基-结构动力相互作用分析，东北大学学报(自然科学版)，Vol．23，No．1，Jan．2002
[23] 谭建国编著，使用ANSYS6.0进行有限元分析，北京大学出版社，2002
[24] 沈聚敏，周锡元，高小旺，刘晶波，抗震工程学，北京：中国建筑工业出版社，2000，12
[25] 沈杰，秦磊，某部队科技楼基础隔震体系的地震反应分析，山东建筑工程学院学报，Vol．17，No．1，2002，3
[26] 谢宁，橡胶隔震支座力学性能测试报告，云南工业大学建筑工程学院，1998．2
[27] 云南省设计院，橡胶隔震支座在建筑工程中的应用，《橡胶隔震支座开发研究》子课题之三，1998．2
[28] 增德民，苏经宇，樊水荣，马东辉，建筑基础隔震技术的发展和应用情况，工程抗震，1996，9，第3期
[29] 张克绪，谢君斐著，土动力学，地震出版社，1989
[30] 中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)．中国建筑工业出版社，北京，2001
[31] 周福霖，工程结构减震控制，地震出版社，1997
[32] 周锡元，王广军，苏经宇，场地地基设计地震，地震出版社，1990
[33] ANSYS公司北京办事处．ANSYS单元手册．2000
[34] ANSYS APDL Programmer' s Guide, ANSYS Inc.,2001
[35] ANSYS Basic Analysis Procedures Guide, ANSYS Inc.,2001
[36] ANSYS Commands Reference, ANSYS Inc.,2001
[37] ConstantinouM. C. andKneifatiM.,DynamicsofSoil-Base-Isolated-Stru-cture Systems, J. Struc. Engrg. ASCE, 1988,114(1):211-221
[38] FA-GUNG FAN and GOODARZ AHMADI:Floor Response Spectra for Base-isolated Multi-Story Structurea, Earthquake Engrg. And Structual Dynamics. Vol. 19. pp. 377-388,1990
[39] Michele Louie, Seismic Soil-Structure Interaction, ECI 281A, ADV. Soil Mechanics Term Project, Fall 2001
[40] Novak M and Hendreson P. Base-Isolated Building with Soil-Structure Interaction. EESD, 1989,18(6):751-765