复合被动控制下大底盘双塔楼结构概率地震损伤研究

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近几十年来国内外发生的强震造成了大量的房屋倒塌和人员伤亡,提高结构的抗震性能仍是工程界关注的焦点。作为新型结构体系的典型代表,大底盘双塔楼结构因体型的不规则性导致其在地震作用下具有复杂的力学性能。作为提升工程韧性抗震能力的重要一环,大底盘双塔楼结构需满足“韧性城乡”建设的要求。因此,研究大底盘塔楼结构在未来可能遭遇到的罕遇及极罕遇地震动作用下的抗震性能及损伤模式尤为重要。结构地震易损性作为工程结构震前预测、震后损伤评估的重要手段,是结构基于性能的抗震设计中的重要一环。本文针对大底盘双塔楼结构,基于ABAQUS分析平台,建立了复合被动控制方案和层间隔震方案大底盘双塔楼结构有限元模型,首先验证了等效单自由度层剪切模型最优控制参数的合理性和适用性,然后分别对其进行基于增量动力分析方法的地震易损性分析,从而获得结构在不同性能水准下的超越概率,从概率的角度对两种控制方案下的大底盘双塔楼结构的抗震性能做了比较,给出不同控制方案下大底盘双塔楼结构的破坏规律和损伤模式。研究表明:相比较于层间隔震方案,复合被动控制方案对于大底盘双塔楼结构的控制效果更优,结构整体的抗震性能得到进一步提高。复合被动控制方案为大底盘多塔楼此类结构韧性抗震能力的提升提供了一种新的选择。本文就大底盘双塔楼结构的地震易损性,进行了如下工作:(1)简要介绍了课题的研究背景及研究意义;对大底盘双塔楼结构、复合被动控制、增量动力分析(IDA)、地震易损性分析在国内外的研究现状和发展动态进行了综述;提出了本文的主要研究内容。(2)简要介绍了 ABAQUS常用单元类型的划分与选择,梁、柱均采用考虑横向剪切的Beam单元模拟;楼板和剪力墙均采用Shell(壳)单元模拟;详细介绍了 ABAQUS常用的几种材料本构模型及其适用性;依据我国设计规范,基于ABAQUS和ETABS有限元分析平台分别建立大底盘双塔楼结构模型并进行模态分析,通过对比两种不同有限元软件所得到的结构前10阶自振周期,验证了本文所建立的有限元模型的有效性和合理性。(3)根据大底盘双塔楼结构等效单自由度层剪切模型给出了耗能阻尼器的最优控制参数,并基于ABAQUS有限元分析软件验证了耗能阻尼器最优控制参数在不同结构算例的合理性和适用性。最后通过比较不同阻尼器数量及布置位置,给出了复合被动控制下大底盘双塔楼结构耗能阻尼器最优控制效果的一般规律。(4)简要阐述了增量动力分析方法的基本原理,介绍了地震动记录选取、地震动强度指标和结构损伤参数选择等关键问题;依据我国《建筑隔震设计标准》定义了复合被动控制下大底盘双塔楼结构的损伤极限状态;以峰值地面加速度为地震动强度指标,最大层间位移角θmax和隔震支座最大水平位移μmax作为结构上部塔楼、下部裙楼和隔震支座的工程需求参数,依据所选取的11条地震动记录对算例结构进行增量动力分析,并绘制IDA曲线及16%、50%、84%分位数曲线;基于IDA结果对结构进行地震易损性分析,分别绘制层间隔震方案大底盘双塔楼结构和复合被动控制方案大底盘双塔楼结构的地震易损性曲线;对比分析了两种控制方案下结构在不同强度地震作用下的抗震性能,给出两种控制方案下大底盘双塔楼结构的破坏模式和损伤规律。
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