可液化地基上高层建筑抗震性能的试验研究

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震害表明,地震作用下饱和砂土液化往往引起地基失效从而导致建筑结构大规模的破坏,液化问题引起了人们的普遍关注。目前可液化地基上结构地震响应的研究主要涉及液化区桥梁、堤坝、管道、地下结构等,对于可液化地基上高层建筑的抗震性能的研究较少。因此,为研究可液化地基上高层建筑在地震作用下高层建筑结构的动力特性和动力响应,课题组于2015年3月在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了可液化地基上高层建筑抗震性能振动台试验。本文对结构的自振频率与阻尼比、加速度响应、顶层加速度响应组成、位移响应、剪力和倾覆力矩进行了研究和分析,研究结果表明:(1)土体发生液化后,结构的主要破坏是其整体产生不均匀沉降和侧向倾斜,而结构自身损伤程度和刚度变化不大。(2)通过对结构加速度响应分析可知,在输入相同加速度峰值地震波的情况下,上部结构在El Centro波和上海人工波作用下的动力响应比Kobe波作用下的动力响应大。说明结构的动力响应不仅与输入地震波加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关。(3)对结构位移分析可知,结构的位移反应峰值随着输入地震波加速度峰值的增大而增大。说明随着地震加速度峰值的增大,土体不断变软,其非线性加强,结构刚度因裂缝扩展而降低,基础平动和摆动刚度不断下降。(4)结构顶层加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量u。组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量Hθ和平动加速度分量ug。(5)输入地震波由台面自下而上传给上部结构的过程中,土体将地震波中部分高频成分滤掉,地震波中低频成分传给上部结构。上部结构通过结构自身阻尼比的增大和摆动刚度的下降,以及结构弹塑性变形的增大来更好地吸收地震波的能量,从而实现减震的目的。本文的研究成果对完善和发展可液化地基上高层建筑抗震设计的理论,以及促进可液化地基上高层建筑的防震减灾具有重要的现实意义。
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