土结动力相互作用对框架结构地震反应的影响
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按 结构本 身的受力特 性。这种做法 有时候是 不经济 的 ， 而另 外一些 结相互 作 用的模 型 中 ， 照 常规方 法直 接在 柱底 端输 入 峰值 为 ２ ｇｌ 时候 可能导致 设计 偏于 不安全 。对 结构 进行地 震时 程反应 分 析 ２ ０ ａ 的水 平地 震动 加速 度 时程。在考 虑 土结 相互作 用 的模 型
土 结 动 力 相 互 作 用 对 框 架 结 构 地 震 反 应 的 影 响
孟 宪 春
（ 国建 筑 西 南 设 计研 究 院有 限公 司 ， 中 四川 成 都 ６０ ４ ） １０ １
摘
要： 利用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ有 限元软件建立 了不 同框 架结构地 震反 应的计算 模型 ， 对框 架结构地 震下的反 应进行 了数值模 拟研 究 ， 得
３． × １ Ｎ／ｍｍ２。 ０ ０
可见采用粘性边界 更符合地 基土 的实 际受 梁 截 面 为 ４ ０×９０ 柱 截 面 为 １０ ０×１０ ０ 与输入 波形 完全一致 ， ０ ０， ０ ０ 。
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ４ ２ １ —６ ０
作者简介 ： 孟宪春 （９３ ， ， １８ 一） 男 助理工程师
第
３ 卷 ８ ２０ １２
在地基土侧面 施加 自由场 边界 ， 在地 基土底 部施 加粘 性 吸收 时， 设计人员通常直接在结构模 型底部施加地 震波 。这有 两点 和 中， 边界 ｊ再将地震动加 速度 时程转 化 为力 时程 施加 在 土层底 部 。 ， 实际情况不符 ： ） 有考 虑地 基 变形 导致 的 上部 结构 内力 重 分 １没 使得 地面 点 的加 速度峰值 为 ２ ０ａ。输 ２ ｇｌ 布 ；） ２ 地震波 的能量 只能通过结构 内部 耗散而不 能通过反射传 播 调整输入力时程 的峰值 ， 入地震波采用 Ｅ一 ｅｔ 波 ， １ ｎ ｏ 其时程 曲线如 图 ３所示 。 Ｃ ｒ 到地基深处 。本文利 用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ有 限元 软件建 立了不 同框架 结
．
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构地震反应 的计算模 型 ， 分别对 比了不 考虑土结相 互作用 和考虑
土结相互作用 的结果差 异。
∞百度文库
ｎ２
－
０１ ．
－
１ 有 限元模 型的 建立
１ １ 几 何 模 型 ．
为 了反映结构刚度 的影 响， 文建立 了高矮 两组框 架结构模 本 型， 每组 中又包含 两个模 型 ， 分别 为不考 虑土结 相互 作用 的模 型
Ｒ
—
０ｏ ． 一 ． ０１
－
１
Ｏ １ Ｏ ２ Ｏ ３ ０ ４ ０
０２ ．
时间， ｓ
和考虑土结相互作用 的模型 。第一组 框架为 ５层 结构 ， 首层层 高 ５５ｍ， ． 其余层 高为 ４ １ｍ， ． 用以模拟普通 多层框架 ， 图 １和 图 ２ 如 所示 ； 第二组框架其 他参 数同第 一组框 架 ， 只是层 数 由 ５层 变为
一
—
１ ２
—
０５ ．
在不考虑土结相互作用的模型里只建立 了纯框 架 ， 考虑土结 相互作 用的模型里除 了框架 ， 还在 框架底部建 立了一定 宽度 和深
度的土层 。
ｃＪ
ｄｊ
图 ４ 粘性吸收边界验证
粘性边界可 以模拟地基土半无 限空 间 ， 吸收来 自结 构 以及土 在进行有 限元 分 析 时 ， 柱 均采 用 Ｂ １单 元 ， 基土 采 用 体表面 的反射能量 。其效果 验证如 下 ： 图 ４ ） 示 的一块 土层 梁、 ２ 地 在 ａ所 Ｃ Ｓ Ｒ单元 ， 、 Ｐ４ 梁 柱及地基 土的网格 尺寸均 为 １ｎ。在各段梁上分 底部施加 幅值为 １的加 速度脉 冲 。当底 部采 用普 通 的加速 度边 ｌ 别施加 ４５０ｋ／ ｍ的非结构质量 ， ０ ｇ 用来模拟楼面的恒荷载和活荷载。 界时 ， 得到地表 点的加速度 时程 如 图 ４ ） ｃ 所示 ， 产生多 个峰 值 ， 将 １ ２ 材 料参 数 ． 这是 由于地震波不能被土层底面 吸收而多次 反射造成 的 ； 当底部 梁、 柱均采用 Ｃ ０混凝土 ， ３ 根据规范 混凝土的弹性模量 Ｅ ＝ 采用粘性边界 时 ， 得到地表点的加速度时程如 图 ４ ） ｄ 所示 ， 其波 形
０ 引言
实际 的建筑结构都是建于地基之 上的 ， 构部分 和地基 土体 结
结构阻尼 比取 ５ ， ％ 并根 据换算关 系计算 出瑞利 阻尼 系数 。地 基土选用 中硬土 ， 按照规范 剪 切波 速可取 为 ２ ０ｍ ｓ ６ ／ 。
． 是一个有机整体 ， 它们 相互影响 ， 协调 变形 ， 共同承受 重力荷 载 以 １ ３ 边 界条件 假想在 ７度 ０ １ 地区进行 大震 弹性 时程分 析 。在不 考虑 土 ．ｇ 及各种动力荷 载。而结构设计人 员往 往忽视这 种作 用 ， 仅考虑 仅
１ ５层 ， 以模拟高 、 架。 用 柔框
图 ３ Ｅ－ ｅ ｔｏ地 震 波 时 程 图 Ｉ ｎｒ Ｃ
１ ． ０ ０８ ．
罢 ０ ． ６
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图 １ 不考虑土结 相互作用的 ５层框架模 型 图 ２ 考虑土结 相互作用的 ５层框架模型
鑫
三
．
６ ． ４
第３ ８卷 第 ２ ４期 ２ ０ １ ２ 年 ８月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨⅡ ’ ＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ． ４ １３ ２ Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２）４ ｏ ６ —２ １０ — ８ ５ ２ １ ２ 一ｏ ４０
出了不考 虑土结动力相 互作 用以及考虑土结动力相互作 用两种情况下框 架结构地震反 应的差异 ， 为设计 人员进 行更精准 的结构 设计 提供 了指 导。 关键 词 ： 土结相互作 用， 框架结构 ， 地震反应 ， 数值模 拟
中 图 分 类 号 ：Ｕ ７ ． Ｔ ３８ ４ 文献标识码 ： Ａ ，
土 结 动 力 相 互 作 用 对 框 架 结 构 地 震 反 应 的 影 响
孟 宪 春
（ 国建 筑 西 南 设 计研 究 院有 限公 司 ， 中 四川 成 都 ６０ ４ ） １０ １
摘
要： 利用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ有 限元软件建立 了不 同框 架结构地 震反 应的计算 模型 ， 对框 架结构地 震下的反 应进行 了数值模 拟研 究 ， 得
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可见采用粘性边界 更符合地 基土 的实 际受 梁 截 面 为 ４ ０×９０ 柱 截 面 为 １０ ０×１０ ０ 与输入 波形 完全一致 ， ０ ０， ０ ０ 。
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ４ ２ １ —６ ０
作者简介 ： 孟宪春 （９３ ， ， １８ 一） 男 助理工程师
第
３ 卷 ８ ２０ １２
在地基土侧面 施加 自由场 边界 ， 在地 基土底 部施 加粘 性 吸收 时， 设计人员通常直接在结构模 型底部施加地 震波 。这有 两点 和 中， 边界 ｊ再将地震动加 速度 时程转 化 为力 时程 施加 在 土层底 部 。 ， 实际情况不符 ： ） 有考 虑地 基 变形 导致 的 上部 结构 内力 重 分 １没 使得 地面 点 的加 速度峰值 为 ２ ０ａ。输 ２ ｇｌ 布 ；） ２ 地震波 的能量 只能通过结构 内部 耗散而不 能通过反射传 播 调整输入力时程 的峰值 ， 入地震波采用 Ｅ一 ｅｔ 波 ， １ ｎ ｏ 其时程 曲线如 图 ３所示 。 Ｃ ｒ 到地基深处 。本文利 用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ有 限元 软件建 立了不 同框架 结
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１ １ 几 何 模 型 ．
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图 ４ 粘性吸收边界验证
粘性边界可 以模拟地基土半无 限空 间 ， 吸收来 自结 构 以及土 在进行有 限元 分 析 时 ， 柱 均采 用 Ｂ １单 元 ， 基土 采 用 体表面 的反射能量 。其效果 验证如 下 ： 图 ４ ） 示 的一块 土层 梁、 ２ 地 在 ａ所 Ｃ Ｓ Ｒ单元 ， 、 Ｐ４ 梁 柱及地基 土的网格 尺寸均 为 １ｎ。在各段梁上分 底部施加 幅值为 １的加 速度脉 冲 。当底 部采 用普 通 的加速 度边 ｌ 别施加 ４５０ｋ／ ｍ的非结构质量 ， ０ ｇ 用来模拟楼面的恒荷载和活荷载。 界时 ， 得到地表 点的加速度 时程 如 图 ４ ） ｃ 所示 ， 产生多 个峰 值 ， 将 １ ２ 材 料参 数 ． 这是 由于地震波不能被土层底面 吸收而多次 反射造成 的 ； 当底部 梁、 柱均采用 Ｃ ０混凝土 ， ３ 根据规范 混凝土的弹性模量 Ｅ ＝ 采用粘性边界 时 ， 得到地表点的加速度时程如 图 ４ ） ｄ 所示 ， 其波 形
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实际 的建筑结构都是建于地基之 上的 ， 构部分 和地基 土体 结
结构阻尼 比取 ５ ， ％ 并根 据换算关 系计算 出瑞利 阻尼 系数 。地 基土选用 中硬土 ， 按照规范 剪 切波 速可取 为 ２ ０ｍ ｓ ６ ／ 。
． 是一个有机整体 ， 它们 相互影响 ， 协调 变形 ， 共同承受 重力荷 载 以 １ ３ 边 界条件 假想在 ７度 ０ １ 地区进行 大震 弹性 时程分 析 。在不 考虑 土 ．ｇ 及各种动力荷 载。而结构设计人 员往 往忽视这 种作 用 ， 仅考虑 仅
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图 ３ Ｅ－ ｅ ｔｏ地 震 波 时 程 图 Ｉ ｎｒ Ｃ
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图 １ 不考虑土结 相互作用的 ５层框架模 型 图 ２ 考虑土结 相互作用的 ５层框架模型
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第３ ８卷 第 ２ ４期 ２ ０ １ ２ 年 ８月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨⅡ ’ ＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ． ４ １３ ２ Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２）４ ｏ ６ —２ １０ — ８ ５ ２ １ ２ 一ｏ ４０
出了不考 虑土结动力相 互作 用以及考虑土结动力相互作 用两种情况下框 架结构地震反 应的差异 ， 为设计 人员进 行更精准 的结构 设计 提供 了指 导。 关键 词 ： 土结相互作 用， 框架结构 ， 地震反应 ， 数值模 拟
中 图 分 类 号 ：Ｕ ７ ． Ｔ ３８ ４ 文献标识码 ： Ａ ，