基于黏弹性碰撞理论的相邻建筑碰撞研究

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地震作用下,相邻建筑在间距不足的情况下,由于不同步振动而发生的碰撞是一种常见的现象。相邻建筑间的碰撞可能导致结构构件的破坏,甚至是结构整体的坍塌。相邻不等高建筑由于其动力特性不同,在地震中经常发生碰撞。本文基于黏弹性的基本理论,对地震作用下相邻不等高建筑碰撞问题进行了研究,在相邻建筑间添加聚合物振动吸收装置(shock absorber device,SAD),计算并分析了聚合物SAD在相邻建筑碰撞过程中的作用。主要内容包括:(1)介绍了应用广泛的非线性碰撞力模型及黏弹性基本理论。包括黏弹性材料的三种本构关系及本构关系的一般形式。根据已有的黏弹性碰撞模型,推导并得出了碰撞接触面为平面的碰撞力计算公式。(2)介绍了两种应用较广了碰撞力试验,包括小球跌落实验和摆锤撞击实验。自制聚合物材料试件,对其进行静力压缩试验和低速碰撞试验,并与数值模拟结构进行对比分析。结果表明:三参数黏弹性模型对于聚合物材料碰撞过程的模拟具有相对较小的误差。(3)应用本文提到的三种碰撞力模型,对左侧15层右侧8层的相邻建筑进行了地震作用下的碰撞响应分析。在相邻建筑间应用聚合物SAD,研究了其对相邻建筑碰撞响应的影响,并进行了参数研究。结果显示:在相邻建筑间应用聚合物SAD,可以减小结构的碰撞力峰值大小,减少结构达到屈服的次数,但会增加结构的碰撞次数。材料的黏弹性参数是影响聚合物SAD减振效果的关键因素,对不同的结构,应用聚合物SAD时需要对其进行参数优化。(4)针对相邻不等高建筑模型在地震作用下的能量响应问题,研究了聚合物SAD对相邻建筑地震作用下能量响应的减振耗能效果,并对其进行了参数研究。聚合物SAD对相邻结构的能量响应具有重分布的作用。结构输入能量对地震波具有较强的敏感性。聚合物SAD在具有合适参数的情况,会对相邻结构地震作用下能量响应具有很高的减振耗能效果。
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