液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系抗震性能分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liujm1006
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本文基于液化场地桩基-结构体系灾害频发的工程背景,考虑桩-土相互作用,采用数值模拟研究手段,聚焦粘滞阻尼器对桩基-结构体系抗震性能的影响规律和粘滞阻尼器的减震效果,开展粘滞阻尼器力学参数敏感性分析、场地特征影响效应分析和地震动特性影响分析,致力于揭示桩基结构、场地特征和地震动特性对装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系地震响应的影响规律,以期对液化场地桩基-结构体系粘滞阻尼器减震设计给出若干合理的认识和建议。本文主要研究工作与取得的若干认识如下:1.针对完成的Wilson离心机试验,建立能精准刻画液化场地桩基-结构体系地震响应的三维有限元模型,并通过离心机试验结果验证了有限元模型的可靠性。随后,在柱墩顶部和上部结构之间布置粘滞阻尼器,采用Maxwell模型模拟粘滞阻尼器力学行为,建立液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系有限元模型。研究表明:Maxwell模型可以有效地刻画非线性粘滞阻尼器的力学行为,粘滞阻尼器在液化场地具有理想的减震效果,显著降低了上部结构和柱墩底部的地震响应,改善了液化场地桩基-结构体系的抗震性能。2.基于建立的液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系有限元模型,针对粘滞阻尼器的参数进行分析。研究表明:当α=0.6,C=500 k N·m-0.6·s0.6;α=0.8,C=800 k N·m-0.8·s0.8和α=0.8,C=1000 k N·m-0.8·s0.8时,液化场地粘滞阻尼器的减震效果最佳。随后,分别研究上部结构配重和柱墩高度对液化场地减震桩基-结构体系抗震性能的影响,分析上覆非液化土层对液化场地粘滞阻尼器减震设计的影响,对比非液化与液化场地粘滞阻尼器减震设计的异同。研究表明:上覆非液化土层改变了液化场地桩基-结构体系粘滞阻尼器减震设计的适用参数组合,速度指数α的适用值从0.5-0.9变为0.7-0.9,阻尼系数C的适用值从500-1000k N·m-α·sα变为500 k N·m-α·sα;非液化场地与液化场地粘滞阻尼器减震设计的速度指数α适用值分别为0.7-0.9和0.5-0.9,而阻尼系数C的适用值分别为2500-4500k N·m-α·sα和500-1000 k N·m-α·sα;粘滞阻尼器在非液化与液化场地的上部结构永久位移减震率分别是55.8%和54.4%,柱墩底部峰值剪力减震率分别是11.3%和26.1%。3.为研究地震动特性对液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系抗震性能和粘滞阻尼器减震效果的影响,选取24条不同振幅、频谱和持时的地震动,针对液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系进行非线性时程分析。研究表明:相比于远场地震动作用和近场非脉冲地震动作用,近场脉冲地震动作用下的减震结构体系具有更大的地震响应,更高的抗震需求;在近场脉冲地震动作用下,可更好地发挥速度型粘滞阻尼器的减震效果;地震动峰值速度(PGV)与减震结构地震响应的相关性最为显著,可用于评价地震动对桩基-结构体系潜在破坏能力的影响效应。本文的研究成果表明粘滞阻尼器在液化场地条件下具有良好的减震效果,显著提高了桩基-结构体系的抗震性能。客观认识了桩基结构、上覆非液化土层、液化与非液化对粘滞阻尼器减震设计的影响,揭示了远场地震动、近场非脉冲地震动和近场脉冲地震动对液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系地震响应和粘滞阻尼器减震效果的影响规律,提出了用地震动峰值速度(PGV)作为估计和表征地震动对液化场地装设粘滞阻尼器的桩基-结构体系潜在破坏能力的地震动参数。研究成果对液化场地粘滞阻尼器的减震设计具有一定的借鉴意义。
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