关键词:
相邻RC框架结构
结构碰撞
地震动特征
防震缝
动力响应
摘要:
震害研究表明,相邻结构碰撞是导致建筑物产生结构构件和非结构构件破坏、倒塌主要原因之一。在强震作用下,相邻结构发生碰撞,大多是因为地震动特征影响或者相邻结构的动力特性不同。我国有85%以上人口超过百万的大城市位于地震活动区,城区存在大量相邻建筑,因此研究相邻结构碰撞问题,对保障实际工程中地震动作用下建筑物安全和人身财产安全具有现实意义。本文的研究工作和主要结论如下:(1)采用接触单元模型与有限元模拟相结合的方法进行研究,基于Hertz-Damp模型,推导相邻单自由度体系考虑碰撞的动力方程;选取合适积分步长,研究了相邻单自由度体系间距、外部激励(正弦波)频率和幅值对相邻结构碰撞响应的影响,包括结构位移、碰撞力和碰撞次数等。研究表明,相邻结构碰撞会对长周期结构产生显著影响。同一外力频率作用下,随体系间距或者周期变大,相邻单自由度体系碰撞后位移峰值增大,碰撞力峰值增大,碰撞次数增多;当相邻单自由度体系周期差距越大,两者的碰撞响应越大。在相邻体系处于相同间距或周期比时,保持外力频率不变,外力幅值越大,碰撞响应越大;外力幅值不变,频率越高,碰撞响应越小。(2)阐述了近场脉冲型、远场脉冲型和近场无脉冲型三类地震动定义,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立相邻不同层高RC框架模型,分析了地震动脉冲、幅值、断层距和结构相对位置等因素对相邻框架结构碰撞影响。研究表明,在近场脉冲型地震动作用下,相邻框架结构碰撞响应(层间位移、速度、加速度)最大,最易出现破坏、倒塌现象。相邻框架结构在地震动作用下碰撞后均会产生碰撞力,结构碰撞层加速度时程出现脉冲变化,顶层的层间位移显著增大。(3)调整相邻框架结构的间距,模拟相同加速度峰值的近场脉冲型地震动作用下相邻框架结构在不同防震缝时碰撞响应的变化规律。研究表明,保持结构间距不变,不同幅值地震动作用下,长周期RC框架结构产生碰撞后速度峰值增大,碰撞对其起到放大作用。保持结构间距不变,地震动幅值越大,相邻框架结构碰撞后层间位移、速度、加速度和碰撞力越大,碰撞次数越多。保持地震动幅值不变,结构间距越大,相邻框架结构碰撞后层间位移、速度、加速度和碰撞力越小,碰撞次数越少,最大碰撞力出现时间也提前。