基于SSI及非線(xiàn)性土體反應(yīng)的新型分布式隔震系統(tǒng)研究.pdf

1、中國(guó)是世界上地震活動(dòng)強(qiáng)烈和地震災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家之一。統(tǒng)計(jì)表明,世界上約35％的7級(jí)以上大陸地震發(fā)生在我國(guó);20世紀(jì)全球因地震死亡的120萬(wàn)人中,我國(guó)占59萬(wàn)。另外,我國(guó)有近1/3以上的國(guó)土位于Ⅶ度以上的高地震烈度區(qū)。1900到2007年間,我國(guó)大陸地區(qū)已經(jīng)發(fā)生7.0至7.9級(jí)地震70次,8.0級(jí)及以上地震6次,這些地震造成的災(zāi)害涉及28個(gè)省份,死亡59萬(wàn)人,傷殘76萬(wàn)人,受災(zāi)達(dá)數(shù)億人次。2008年5月12日14時(shí)28分在中國(guó)四川省汶川映秀

2、鎮(zhèn)發(fā)生里氏8.0級(jí)特大地震,造成69,188人遇難,直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)8451億元人民幣。因而,積極開(kāi)展防震減災(zāi),最大限度地減輕地震災(zāi)害應(yīng)該是我國(guó)的基本國(guó)策之一。本文將工作重心放在調(diào)查地震作用內(nèi)在機(jī)理——非線(xiàn)性土體反應(yīng)效應(yīng)、以及土-結(jié)構(gòu)相互作用(Soil-Structure Interaction,簡(jiǎn)稱(chēng)SSI)問(wèn)題,通過(guò)一系列室內(nèi)動(dòng)力循環(huán)單剪試驗(yàn),室外剪切波速測(cè)試評(píng)估,與對(duì)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院上下部實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一七層、1/4大比例鋼框架模型進(jìn)

3、行一系列牽引與微動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)研究,并進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究,以期通過(guò)一系列理論分析與試驗(yàn)研究對(duì)非線(xiàn)性土體反應(yīng)和SSI問(wèn)題有一個(gè)較為深入的認(rèn)識(shí),并運(yùn)用這兩者的自然屬性到減輕地震作用對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的破壞上,從而一定程度保護(hù)地震中的人員財(cái)產(chǎn)生命安全。本文共分六章,每章的主要內(nèi)容有:
　　 1.通過(guò)對(duì)大量相關(guān)文獻(xiàn)的概括總結(jié),評(píng)述了國(guó)內(nèi)外開(kāi)展SSI研究的現(xiàn)狀與發(fā)展水平,對(duì)評(píng)估地震中考慮SSI反應(yīng)的方法進(jìn)行了歸納總結(jié),分析了已有研究工作成果的研究意

4、義以及可進(jìn)一步開(kāi)展工作的地方,并提出了一種基于SSI及非線(xiàn)性土體反應(yīng)效應(yīng)的分布式隔震系統(tǒng),對(duì)其進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述,指出針對(duì)SSI系統(tǒng)及分布式隔震系統(tǒng)采用的理論和試驗(yàn)調(diào)查方法和基本研究框架。
　　 2.通過(guò)對(duì)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院上下部實(shí)驗(yàn)室土槽內(nèi)回填砂土進(jìn)行動(dòng)力單剪試驗(yàn),取得了場(chǎng)地土及橡膠-土混合物的各類(lèi)動(dòng)力特性參數(shù),并調(diào)查了不同飽和度對(duì)于土體循環(huán)剪切中動(dòng)力參數(shù)的影響,取得了不同飽和度土樣在不同固結(jié)壓力下的最大剪切模量Gmax,最大阻

5、尼比Dmax,動(dòng)剪模量歸一化曲線(xiàn)G/Gmax-γ以及阻尼歸一化曲線(xiàn)D/Dmax-γ,并獲得橡膠-土混合物的各項(xiàng)動(dòng)力特性,為后續(xù)數(shù)值模擬計(jì)算打下基礎(chǔ);
　　 3.研究應(yīng)變歷史對(duì)土樣剪切模量G與阻尼比D的影響,確定應(yīng)變循環(huán)前固結(jié)時(shí)間、等幅應(yīng)變循環(huán)加載時(shí)的應(yīng)變幅度、循環(huán)剪切次數(shù)對(duì)于土樣動(dòng)剪切模量G以及阻尼比D的控制效應(yīng),并發(fā)現(xiàn)一個(gè)明顯的應(yīng)變歷史門(mén)檻標(biāo)志,可作為土體經(jīng)受以往地震作用的一種符號(hào),其中阻尼比D受其影響比動(dòng)剪切模量G受其影響更

6、為明顯。進(jìn)行室外下孔法剪切波速測(cè)試與室內(nèi)循環(huán)單剪試驗(yàn),比較由場(chǎng)地取得剪切波速換算的場(chǎng)地土各層最大動(dòng)剪切模量Gmax與各層土樣通過(guò)室內(nèi)動(dòng)剪切試驗(yàn)所取得的最大動(dòng)剪切模量Gmax,對(duì)下面的理論分析提供了有力的數(shù)據(jù)支持;
　　 4.對(duì)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院上下部實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一七層、1/4比例鋼框架模型進(jìn)行了一系列牽引釋放激振與環(huán)境微動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)研究。分別在剛性地基和柔性地基改變上部結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)量的17種工況下進(jìn)行模型頂部牽引激振試驗(yàn),在時(shí)域與頻

7、域內(nèi)取得并分析了試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。同時(shí)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的微動(dòng)激勵(lì)測(cè)試調(diào)查結(jié)構(gòu)在環(huán)境振動(dòng)下的SSI效應(yīng)影響程度,取得了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
　　 5.對(duì)前述鋼框架模型牽引釋放激振與微動(dòng)激振試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了分析,研究了結(jié)構(gòu)-土剛度比、結(jié)構(gòu)-土質(zhì)量比以及層間高度對(duì)于SSI效應(yīng)的影響程度,并評(píng)估了在微動(dòng)激勵(lì)下模型結(jié)構(gòu)在柔性地基,擬柔性地基以及剛性地基條件下的基本參數(shù),取得了一些有益的結(jié)論;
　　 6.利用SAP2000有限元軟件對(duì)地震作用下地

8、基-上部鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬,地基土考慮傳統(tǒng)固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及不同配比的橡膠土隔震系統(tǒng),模擬鋼框架模型在El Centro波,Kobe波,Northridge波和汶川波等地震激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng),數(shù)值模擬研究表明此種分布式隔震系統(tǒng)能有效減少上部結(jié)構(gòu)對(duì)地震作用的加速度反應(yīng)以及層間剪力。隨后進(jìn)行了分布式隔震系統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究,調(diào)查此隔震系統(tǒng)在不同橡膠顆粒含量、不同墊層厚度以及不同上部結(jié)構(gòu)配重參數(shù)變化條件下的隔震性能,試驗(yàn)結(jié)果表明此隔震措