斜入射剪切波作用下建筑物基础的扭转和摇摆响应分析

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建筑结构在进行抗震设计分析时,往往假定结构基础与地基在地震过程中同步运动,不考虑基础与周边土体的相互作用。这种假定下在很多情况都无法准确预测上部结构在地震作用下的动力响应。因此,考虑土-结构相互作用的抗震设计分析具有一定的重要意义。然而,以往关于土-结构相互作用的研究中,地震波通常假定为垂直入射。这种假定对于深源地震有一定适用性,对于浅源地震来说可能会带来误差。基于此,研究地震波以空间任意角入射时建筑结构的动力响应是土木工程领域目前亟待解决的科学问题之一。
  本文对剪切波以空间任意角斜入射作用下引起的建筑物基础的扭转和摇摆响应进行了系统的研究。结合Fortran编程,实现了粘弹性人工边界在ABAQUS三维有限元模型中的应用和斜入射剪切波波动输入的模拟,从而为研究空间斜入射剪切波作用下建筑物基础的动力响应提供有效的波动输入方法。通过与理论计算结果进行对比分析验证了该方法的有效应和准确性。本文首先研究了空间斜入射剪切波作用下方形基础扭转和摇摆响应的特点。同时,对一个七层的框架结构在斜入射EL-Centro波作用下的扭转和摇摆响应进行了分析。分析结果表明剪切波的空间入射角对上部结构的扭转和摇摆响应有很大的影响,进一步表明考虑空间斜入射地震波作用下的土-结构相互作用分析具有重要实际意义。其次,系统研究了矩形、L型和C型基础的扭转和摇摆响应随剪切波空间入射角变化的规律。计算结果表明:基础的扭转和摇摆响应会随着剪切波入射方向和振动方向的改变而产生较大的变化。最后,分析了斜入射剪切波作用下矩形、L型和C型基础的形状参数对基础扭转和摇摆响应的影响,表明以往不考虑剪切波振动方向变化对不规则基础动力响应影响的研究存在着一定的局限性。
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