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摘 要
掉层结构是指同一结构单元的底部位于不同标高的场地基面上,并且最高接地点以下按层高设置楼面的结构。掉层结构的不等高接地方式,使得掉层特征(如掉层高度、掉层跨数等)、土-结相互作用对结构的抗震性能的影响不容忽视。在罕遇地震作用下,结构将进入塑性状态,在罕遇地震作用下掉层结构的非线性性能分析是进行其破坏模式研究的基础。
本文利用大型非线性有限元软件 ABAQUS,总结了建模相关理论及分析参数的取值方法,建立了较为精确的掉层结构非线性有限元模型;给出了土-结构相互作用模型中常用土体人工边界的设置方法,利用 FORTRAN 语言编写了适用于粘弹性边界、粘性边界及无限元边界的外源波动输入子程序,在此基础上建立了较为精确的桩-土-掉层结构非线性有限元整体模型。
以掉层结构为研究对象,对地基为基岩和地基为土层的掉层结构进行罕遇地震作用下的抗震性能的分析;研究了当地基为基岩时,掉层跨数和掉层层数不同的掉层结构的地震响应特征;研究了当地基为土层时,采用基于刚性地基假定的掉层结构分析模型的适用性。
研究得到的主要结论如下:
①当地基为基岩时,掉层结构的掉层部分相比上部结构的破坏较轻。
②掉层数越多,掉层跨数越多,坎上接地柱柱底和与接地柱相连的梁端就越容易破坏。建议通过调整坎上一层的层内各竖向构件的刚度比,或者采用滑动支座的形式,解决坎上柱子强度和刚度不匹配的问题。
③由于陡坎的存在,掉层结构的薄弱层位置一般位于坎上一、二层。
④当地基为软土时,掉层结构采用刚性地基假定分析模型将会低估掉层部分的受力和变形,建议在地基为软土层的情况时,适当加强掉层部分的设计。
⑤当采用刚性地基假定模型分析地基为软土层的掉层结构在地震作用下的反应时,建议考虑结构底部坎上部分和坎下部分地震动输入的差别。
关键词:掉层结构,非线性,抗震性能,土-结构相互作用,地震反应分析
ABSTRACT
Structure supported by foundations with different locations refers to a kind of structure built on the slope. The ground base of the same structure unit is located in different elevations and beneath the highest ground point; the floors are set up according to the floor height. The special style of the structure leads to some problems such as the off layer features (the number of the off layers and the spans of the off layers) and the soil-structure interactions that can’t be neglected. Under the action of the rarely met
earthquake,the structure will enter the elastic-plastic state, The nonlinear seismic
behavior of the structure supported by foundations with different locations under great earthquake is the base of the failure mode study.
Using the nonlinear FEA software ABAQUS, comparatively accurate nonlinear FEA model of the structure supported by foundations with different locations is
established,the related theory of the model is summarized and the way of selecting the
analysis parameters is given; mon artificial boundaries of the soil-interaction FEA model are analyzed, and the usage of the boundaries is given. Using the FORTRAN language, a subroutines is written whic