土-结构相互作用对结构碰撞的影响分析.pdf
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1、工程结构四川建筑第4 3卷第4 期土一结构相互作用对结构碰撞的影响分析贺业飞(烟台建联勘察设计审查服务中心,山东烟台2 6 4 0 0 0)【摘要】采用弹性半空间假定,推导了考虑土一结构相互作用体系的地震响应方程;选取合适的碰撞模型,推导出每个时程下的碰撞力,建立结构碰撞响应方程;地震激励和碰撞激励共同作用下,采用优化的Newmark法利用MATLAB编程得出实际的碰撞时程曲线。研究表明:考虑土一结构相互作用可以降低结构的碰撞响应;采用轻质材料或其他措施调整两结构间的碰撞刚度,使其与结构的振动性能相匹配,可有效降低碰撞对结构的影响。【关键词】土结构相互作用;SSI;相邻建筑物;碰撞;地震反应【
2、中图分类号】TU3520引言为减少地震时扭转作用对结构的破坏,同一建筑由抗震缝分成若干单体,从而形成相邻建筑。规范规定了抗震缝宽度限值,但震害表明,防震缝宽度即便按规范取值,在强烈地震下相邻建筑仍可能局部碰撞。现有对相邻建筑物的碰撞研究大多不考虑土一结构相互作用。但地震时土一结构相互作用将对结构的自振特性及地震响应必然产生影响,使得结果有较大差别。近年来,有关学者对相邻建筑的碰撞进行了相关研究。Stavroulakis等 1研究了碰撞发生时的静力接触问题,通过矩阵变化将静力接触边界条件进行简化。Athanassiadou等 2 研究了碰撞时考虑行波效应对结构地震响应的影响。李文成等 3 对碰撞
3、的破坏特征进行了分类归纳,提出碰撞灾害评估方法并给出降低碰撞破坏的具体措施。本文利用弹性半空间假定,推导了结构考虑土一结构相互作用(SSI)体系的地震响应方程。选取合适的碰撞模型,推导出每个时程下的碰撞力,结构在碰撞激励和地震激励共同作用下,采用优化的Newmark法得出实际的碰撞时程曲线。1碰撞模型在两结构之间设置接触单元,线性弹簧模拟碰撞过程中结构间的碰撞力,用结构阻尼模拟碰撞过程的能量损失,本文采用Hertz-damp碰撞单元模拟接触单元(图1)。图1Hertz-damp碰撞单元如图1所示为Hertz-damp碰撞单元示意,其接触时的碰撞力见式(1)。F。=k (u r -u 2 -g,
4、)1.5 +ch(ur-uz).H(u-uz-gp)170【文献标志码】A2碰撞运动方程及求解如图2 所示 5 ,为考虑土结构相互作用下与相邻建筑结构碰撞的计算模型,单体1为弹性半空间假定下的考虑SSI体系,单体2 为刚性地基假定下的相邻建筑,单体1与单体2均为多自由体系。(a)考虑SSI结构体系图2 结构计算模型假设两单体分别具有n1n个自由度,其中单体1的自由度由上部结构平动的自由度(un)、基础转动和基础平动组成。则在考虑SSI时建立的结构与相邻建筑结构碰撞的运动方程为式(2)。M,X,+C,X,+K,X,=-Mgl I,Xg-FcLM,X+C,X,+K,X,=-M2l*.+Fc式中:M
5、.、CK,分别为各单体的质量、阻尼和刚度矩阵。X.X,、X,分别为各单体的位移、速度和加速度列向量。为基底输人地震加速度,x为自由场的地震加速度,F为碰撞力矩阵。如图2(c)所示,单体1的计算模型将土结构简化为多质点系,可以建立考虑SSI结构的上地震反应运动方程为式(3)式(5)。M(/X)+(h+/Xg)+定稿日期 2 0 2 2-0 5-2 5作者简介贺业飞(198 1一),男,硕士,高级工程师,从(1)事施工图审查及设计工作。.+f.mm下部系统(b)考虑SSI结构(c)结构碰撞计算简图计算简图(2)fm贺业飞:土结构相互作用对结构碰撞的影响分析C(X)-(X。1)+K (I X -/X
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- 结构 相互作用 碰撞 影响 分析
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