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随着城市化的加快及人们对绿色生态环境需求的逐步提高,虽然在国内外已有很多工程种植了大型乔木,获得了很好的环境和社会效益,但是未有关于乔木-结构系统耦合振动机理的研究,风荷载作用下(尤其在强风作用下)大型乔木对结构振动的影响研究鲜有涉及。因此结合广州白云国际机场扩建项目交通枢纽中心大型乔木绿化工程存在大型乔木-结构耦合风致振动问题,开展大型乔木-结构系统的耦合振动机理。风振作用下大型乔木与结构的荷载传递方式,把土体等效为水平和转动弹簧阻尼单元,提出大型乔木-结构的计算简化模型,并举了两个算例用MATLAB计算分析考虑SSI效应的地震动响应分析来验证土体等效弹簧阻尼单元的精确性;基于土体的等效方法及软件ABAQUS建立了单株大型乔木-树池结构三维实体有限元模型,分析大型乔木变形情况、弹簧阻尼单元响应和树池结构的内力;从单株大型乔木-树池结构模型到建立16棵大型乔木群区域整体框架结构模型,针对16棵乔木群整体框架结构分别建立了五种模型进行模态和响应分析对比,进一步对大型乔木-框架结构风致耦合振动力学响应分析。此研究成果可以为大型乔木-框架结构风致耦合分析提供合理的简化设计作为参考和技术支撑。本文开展的工作及取得的结论如下:1.土体等效成水平和转动弹簧阻尼体系,考虑SSI效应等效单自由度方法求解土与结构之间相互作用的响应,结合已验证的方法并把此方法运用于考虑SSI地震动响应分析。SSI体系基本频率的减小,振动基本周期延长,参数SSI体系的响应随上部结构刚重比的增大呈现出先增后减的趋势,随土体剪切波速的增加而减小。大型乔木-土壤-结构体系中,可以把土壤简化成弹簧阻尼体系来反应风荷载作用下的乔木和结构的荷载传递的作用。2.结合所验证的乔木树干模型,基于ABAQUS建立大型乔木-树池结构模型,并在设计风荷载作用下针对大型乔木-树池结构进行风振响应分析,探讨了土壤类别、树冠形式、树干高度、不同风速和乔木材料弹性常数比值等参数条件下树池的风振响应变化,研究表明:土壤类别由I到IV,树池结构动力响应增大;乔木在圆柱树冠形式对树池结构的动力响应要大于圆锥台,然后大于圆锥树冠形式;乔木树干高度、乔木材料弹性常数比值和风速的增加,对树池结构的响应也增大。3.从单株乔木-树池结构的风荷载作用下的振动响应分析,进一步分析16株乔木群-框架结构在风荷载作用下的整体结构的振动响应。针对实体单元大型乔木-梁壳单元框架结构ABAQUS模型(模型1);梁壳单元大型乔木-框架结构ABAQUS模型(模型2);空间杆件单元大型乔木-框架结构SAP2000模型(模型3);把乔木所受风荷载后,提取基底剪力和弯矩集中作用在第三层的框架结构上的简化模型(模型4);把大型乔木等效成SDOF,在第三层每个树池上加SDOF的框架结构模型(模型5),五种大型乔木-框架结构模型模态和响应分析对比,发现把树干简化成荷载形式的结果误差在10%左右,模型4最为合理。4.采用模型1和模型4为分析对象,分别对土壤类别、乔木树冠形式、乔木树干直径、乔木弹性常数比值和乔木阻尼比这五各参数进行探讨,研究表明:土壤类别由I到IV,整体框架结构的动力响应增大;乔木在圆柱树冠形式对整体框架结构的动力响应要大于圆锥台,然后大于圆锥树冠形式;乔木自身阻尼比的增大对整体框架结构的响应有减小作用;乔木树干直径和材料弹性常数比值的增大,对整体框架结构的响应也增大。各参数下模型1和模型4大型乔木-框架结构的位移和加速度响应误差为10%左右,说明大型乔木-框架结构进行风振耦合振动分析时,乔木对结构的作用可简化成乔木底部所受基底剪力和弯矩对结构的作用,从而可以用此方法对大型乔木-框架结构模型进行简化分析。