桩-土-结构体系动力相互作用振动台试验分析和有限元分析

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地震作为一种突发性的自然灾害,给人类社会造成了巨大的灾难和损失,而现行的抗震设计理念并不能完全减小损失,因此通过分析提高建筑物的抗震性能具有十分重要的意义。近年来,因为框架结构空间分割灵活,自重轻,利于抗震等优点,越来越多框架结构拔地而起。但是,因为框架结构节点应力集中,侧向刚度小,在地震的作用下很容易造成破坏。因此,对框架结构的抗震性能分析具有很重要的理论意义和实用价值。本文以在同济大学土木工程国家重点实验室完成的支盘桩-土-框架结构体系的振动台试验为基础,利用有限元分析软件SAP2000建立试验模型进行模拟,分析框架结构的动力特性和相互作用对上部结构的影响。首先通过静力非线性分析(push-over)方法,对模型框架结构的非线性地震反应进行理论计算,分析模型结构各阶段的受力和变形特征、塑性铰出现的位置等,得出中、下部破坏较上部严重,这是因为结构上部承受层惯性力较大,使得结构中、下部承受弯矩较大所致。说明结构中、下部设计刚度偏柔,这对结构抗震是不利的。层间位移曲线呈弯剪型,最大层间位移角发生在结构的2~4层,最大层间位移发生在底层,说明随框架高度的增大,结构高宽比和高振型的影响显著,使结构的破坏位置发生变化。然后通过土弹簧模拟土对基础的相互作用,建立相互作用体系,将相互作用体系和刚性地基体系进行对比分析,得出考虑相互作用后体系的周期都比不考虑相互作用时增大。振型方面,考虑相互作用后,前几阶振型基本和刚性假定下保持一致,基础变形也较小,随着振型阶数的增高,其振型相差越来越大,基础的变形也越大。相互作用效应对地震反应的影响较大,相互作用体系结构底部楼层内力增大,顶部楼层的内力减小,桩-土体系有放大作用,也有减震作用。可见,在工程设计中,相互作用的影响不容忽视,需要在工程实践中予以考虑。
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