基于Maxwell模型的大底盘双塔楼复合被动控制研究

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大底盘双塔楼结构因其造型独特,功能丰富逐渐被推广。它由上部塔楼和下部裙楼两部分组成。由于大底盘顶部塔楼的体型缩进引起楼层刚度突变,且塔楼之间相互独立,会引起对结构抗震不利的竖向不规则结构,易造成大底盘扭转。在多次地震灾害中,其主要表现为刚度突变处破坏严重。采用层间隔震方案的大底盘双塔楼通过隔震层隔开上下部子结构的变形,减小楼层层间位移耦联影响,有效改善了上部塔楼的竖向不规则结构的抗震性能,但存在隔震层下部结构效果差,甚至下部结构控制失效的问题,且在强震或强风情况下可能引起高层隔震结构倾覆失效。而相邻结构间减震控制研究已相对成熟,并已被证明是一种可靠的减震手段,在国内外也得到广泛应用。针对大底盘双塔楼结构体系,若只采用一种控制方案却要同时满足上下部子结构的抗震性能仍存在困难,因此,本文将层间隔震与塔楼减震两种控制方案同时用于大底盘双塔楼结构,通过理论推导、数值模拟以及有限元分析等方法,对这种复合被动控制方案的合理性和有效性进行研究,所做工作如下:(1)针对采用层间隔震和Maxwell型被动控制装置的大底盘双塔楼结构,推导了其在单自由度和多自由度系统下的运动方程,并求得相应系统的传递函数,从而求解得到大底盘双塔楼结构复合被动控制体系的随机响应表达式。(2)基于理论的推导运动方程,通过对等效单自由度简化模型的响应分析,得到连接控制参数对结构控制效果的影响规律,并求出被动控制装置的最优参数,接着将此参数用于某一大底盘双塔楼结构典型实例中,从时域与频域角度对比抗震方案、隔震方案以及复合被动控制方案对结构响应的控制情况,证明复合被动控制方案用于大底盘双塔结构的合理性和有效性。结果表明:零频阻尼系数C0在结构减震中起主要作用,对结构整体以及各子结构振动总能量影响较大;隔震方案与复合被动控制方案对大底盘双塔楼结构的顶层位移响应都能起到良好的控制效果,且复合被动控制方案对结构总体减震控制效果更好。(3)利用Etabs有限元软件,建立大底盘双塔楼抗震结构、隔震结构以及隔-减震复合被动控制结构模型,并对比分析了三种结构在三种不同地震波(EI-Centro、Taft、人工波R1)作用下对地震响应的控制效果,说明了复合被动控制体系对于大底盘双塔楼结构实际工程的有效性,有限元分析中被动控制装置的控制效果规律和数值分析基本一致,证明了复合被动控制体系对于大底盘双塔楼结构在实际工程中的适用性与合理性。
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