近断层地震动作用下山区隔震建筑框架结构抗震性能研究

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近年几次大的地震,如台湾集集地震、美国北岭地震等引起了国内外学者对近断层地震动的研究,也得到了一些有用的结论。近断层地震动具有明显的长周期高能量的速度脉冲,可能对隔震结构造成严重的破坏。因此本文主要研究了近断层地震动对考虑土-结相互作用的山地隔震结构的地震反应的影响,主要进行了以下几方面的研究:1.首先筛选了来自台湾集集地震同一场地类别上的三个台站的地震波,包括两条近断层地震波TCU054与TCU068,和一条远场波ILA007。两条近断层波的断层距均小于10km,且均含有明显的速度脉冲,而另一条远场波的断层距大于100km。为了考察对比近断层与远场波不同的频谱特性,将该三条波按8度罕遇地震PGA=400gal进行调幅,并且对调幅后的三条波进行反应谱以及幅值谱分析,分析结果表明:近断层地震动的低频分量丰富,对中长周期结构产生不利的影响,而远场波中高频分量丰富对短周期结构有较强的破坏。2.利用ANSYS建立二维考虑土-结相互作用的普通基础隔震框架结构有限元模型,输入上面所述的三条地震波,分别对硬土、软土、特软土场地上SSI隔震与SSI非隔震结构进行动力时程分析,分析结果表明:近断层与远场地震动作用下隔震支座均发挥了一定的减震效果,但近断层地震动作用下的减震效果不如远场地震地震作用下好,且近断层地震动作用下SSI隔震结构的各项地震响应均比远场地震作用下大。另外,远场地震动作用下隔震结构的地震输入能小于非隔震结构,而近断层地震动作用下却是非隔震结构大于隔震结构。3.利用ANSYS建立二维考虑土-结相互作用的山区多层接地基础隔震与层间隔震框架结构有限元模型,并输入前面所述的三条集集地震波,分别对硬土、软土、特软土场地上多层接地SSI基础隔震、SSI层间隔震以及SSI非隔震结构进行动力时程分析,分析结果表明:近断层与远场波作用下,陡坎上方楼层两种隔震形式均发挥了一定的减震效果,且基础隔震的减震效果优于层间隔震,但陡砍下方楼层的减震效果因土体刚度而异;另外土层刚度对多层接地SSI非隔震结构的影响较大,而对两种隔震结构的影响较小,隔震支座削弱了土体刚度的影响;近断层地震动作用下两种隔震结构的地震响应均大于远场地震动,远场地震动作用下两种隔震形式的隔震支座的减震效果都比近断层地震动作用下好。4.通过筛选来自台湾集集地震的不同特性的近断层地震波,并对不同特性的近断层波进行频谱分析,分别考察上盘效应、脉冲效应、向前方向效应、滑冲切效应以及竖向加速度效应对山区多层接地SSI基础隔震结构动力响应的影响,分析结果表明:未调幅的上盘地震动作用下结构的地震响应大于下盘,调幅后却出现下盘大于上盘;在含滑冲切效应脉冲、含向前方向性效应脉冲、无速度脉冲地震动作用下,结构的地震响应的大小关系为:含滑冲切效应脉冲>含向前方向性效应脉冲>无速度脉冲;向前方向效应地震动断层法向分量作用下结构的响应明显大于断层平行分量地震动;近断层脉冲型完整水平-竖向地震动作用下结构的竖向地震响应最大,此时脉冲型地震动对隔震支座引起的拉力应引起重视。
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