地震灾害频发,建筑的抗震减灾备受关注。震害及前期研究揭示出,粉土液化具有潜在的耗能减震特性。若能利用粉土液化发掘屋顶花园的消能减震功能,可使其在满足环境绿化的同时又达到了减轻地震灾害的目标。于此,本文秉承“屋顶绿化为前提、屋面集水为侧面、耗能减震为核心”的研发原则,旨在利用粉土液化和液化后流动粉土的动力特征发掘屋顶花园的消能减震功能。本课题拟在前期研究工作的基础上,通过理论分析、数值模拟和试验研究等方法,研究粉质填土屋顶花园系统的减震机理和性能,提出粉质填土屋顶花园的简化分析模型,给出实用合理的减震设计方法。预期研究成果对于提高城市的综合防灾能力和村镇房屋抗震能力具有显著的经济和社会效益。本文首先在已有研究的基础上,考虑主体结构与减震子结构的调谐,对粉土填充屋顶花园系统进行了优化设计;其次,通过自由振动试验和振动台试验,分析了装置的耗能机理及减震效果;然后,将液化粉土简化为均质粘性流体,利用有限元软件ANSYS研究了流体的粘性对其晃动特性及其对结构振动特性的影响;最后,结合试验结果,将设有粉土填充屋顶花园减震系统的单层结构简化为单自由度模型,给出等效附加阻尼的拟合公式,利用MATLAB自编程序验证了简化分析模型的可靠性。通过研究,本文得到以下结论:(1)在水平地震作用下,饱和粉土较容易产生振动液化,说明粉土减震系统的减震性能较易激发,在工程应用中具有一定的可行性。(2)自由振动试验结果显示:粉土减震装置可以给结构提供较大的阻尼,减震效果明显,且粉土减震系统给结构提供的等效阻尼比与饱和粉土对有控结构的质量比呈正相关,而与水平加载位移幅值和结构的刚度无明显的关系。(3)由中型振动台试验可知:不同地震波作用下,粉土减震装置均有较好的减震效果。正弦波作用下,当外激励频率与主体结构自振频率相同且与液化粉土的晃动频率接近时,减震效果较好。(4)通过有限元模拟发现,流体粘性主要影响流体晃动幅度而对其晃动频率影响不大;近似计算液化粉土的晃动频率时,可参考Housner模型进行计算;增大减震系统中流体的动力粘度,装置的减震效果会相应改善并能一定程度延长结构的自振周期,与试验得到的规律相符合。(5)数值模拟结果表明,采用等效附加阻尼的简化分析模型所得单层结构地震响应与试验结果吻合较好。