基于土—结构相互作用的坡地建筑的抗震性能分析

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我国是一个多山多地震的国家,坡地建筑等依坡就势与周边地貌良好结合的建筑越来越受到人们的青睐;而考虑土-结构相互作用的坡地建筑结构抗震设计理论研究却严重滞后于工程实践的需要。在此背景之下,本文基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立地基土和土-上部结构体系的有限元分析模型,在时域范围内研究各体系在不同频谱特性地震波激励下的振动响应特性。主要研究内容如下:(1)本文对土-结构动力相互作用理论成果和坡地结构抗震性能研究成果进行整理总结,讨论了基于土-结构相互作用的坡地结构的分析方法。通过对该结构进行分析,确定本文分析的坡地结构形式;本文以吊脚式坡地结构为研究对象,以一实例分析吊脚结构房屋的震害特征,总结其震害影响因素。(2)采用无限元人工边界模拟地基土边界效应,选用Mohr-Coulomb土体本构模型模拟土体的非线性,建立模型,针对不同频谱特性基岩地震波进行计算,并对比研究场地土对不同频谱特性地震波的过滤和放大效应。(3)合理选用单元模拟土、桩、基础及上部结构,建立有限元模型,研究该结构在不同频谱特性地震激励下的振动响应,通过模态分析比较其与不考虑相互作用时的动力特性结果。改变坡度及建筑物坡高,针对不同特性地震波输入,考察坡度及坡高对坡地结构响应的影响。模态分析表明土-结构的相互作用改变了坡地结构的动力特性。时程分析表明随着坡度的增大,坡地结构的地震时程响应有减小的趋势。随着建筑坡高增高,其顶层加速度峰值增幅相差不大。加速度频谱响应分析表明,所选的三条地震波峰值大致都处于1-2Hz之间,对比模态分析的固有频率可知,该结构的前4阶模态起控制作用。
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