浅谈考虑土-结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析

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1、分类号丁U973+.19学校代码10147UDC624.04密级公开博士学位论文考虑土一结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析AnalysisonDynamicResPonseofMegaframewithIsolatedandSusPendedSubstructureConsidering5011一StructureDynamicalInteraction作者姓名王学庆指导教师刘海卿教授申请学位工学博士学科专业岩土工程研究方向岩土地震工程辽宁工程技术大学致谢本文是在我的导师刘海卿教授悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，

2、精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到定稿，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此之际，我谨向导师表示最崇高的敬意，对导师给予的种种帮助表示最真挚的感谢!再一次衷心感谢我的导师刘海卿教授三年来在生活上和学习上对我无微不至关怀和照顾!感谢土木与交通学院的张向东教授和张彬教授在土动力特性研究以及土一结构动力相互作用研究方面提出的建设性意见，是在你们的无私帮

3、助下，本文才得以顺利完成。感谢中国地震局工程力学研究所的戴君武研究员在结构地震响应计算中所给予的帮助，虽然只是通过电话交谈，但是却为本文的模拟计算工作指明了方向。感谢建筑工程学院建筑工程教研室的孙庆魏老师在结构初步设计方面给予的帮助。感谢我的同学刘功勋博士在土动力试验上给予的大力支持与帮助。感谢我的同学王俊光博士和孙维吉博士，在你们的热心帮助下，使得我的论文更加完善。感谢力学与工程学院的付艳丽老师在结构动力特性试验中的参与和帮助。感谢我的父母和岳父、岳母，为了我的学业，你们已经付出的太多太多!此时我的内心十分激动，因为再过不久就可以回报你们了!最后，

4、我要衷心感谢我的爱妻王小丽!是你!在我孤独无助的时候，借给了我一双柔韧而温暖的肩膀;是你!在我迷茫困惑的时候，在我的前方点燃了一盏希望的灯，照亮了崎岖坎坷的路;在这里我要大声的对你说:老婆!你辛苦了!王学庆2009年12月于辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学博士学位论文摘要由于高层和超高层建筑的建设成本高，人员和财产高度集中，建筑功能多变，因此与常用建筑相比，在灾害条件下具有更高的风险。研究更加安全、可靠、经济、适应建筑功能要求的结构新体系成为高层及超高层建筑结构发展过程中急待解决的重要课题之一。巨型框架隔震悬挂结构的提出为此起到了抛砖引玉、添砖加瓦的

5、作用。巨型框架隔震悬挂结构新体系整合了巨型结构、悬挂结构和隔震技术三者各自的优点于一身，可有效保障高层和超高层建筑结构的安全可靠性和使用舒适性。而结构基础周围的地基土是影响结构动力特性最主要的影响因素之一，因此开展考虑土一结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应研究具有重大的理论意义和应用价值。本文首先对不同土样在不同围压条件下的动力特性进行了试验研究。结果表明土层埋置越深，围压就越大，因此土颗粒接触点增加，导致骨干曲线的斜率增大，动剪切模量和剪切波速也就随之增大，与之相反，阻尼比随之逐渐减小。土的这些动力特性是研究土一结构动力相互作用的基础。

6、其次，本文给出了隔震悬挂结构简化计算时的等效计算原则和等效计算方法。研究表明担梁与子结构质量比和隔震层与子结构重力刚度比在一定范围内时可将隔震悬挂结构由两质点体系简化为单质点体系，并给出了等效计算原则和等效计算公式，并经试验验证了等效计算公式的适用性，进而使其动力分析问题得到较大简化。再次，本文通过数值计算的手段对巨型框架单段和多段隔震悬挂结构进行了幅频和相频响应分析，揭示了单段和多段巨型框架结构通过主子结构间的相位差实现减震控制的原理。同时还发现结构参数中的主子结构质量比、频率比和子结构阻尼比在一定范围内存在最优值，可使结构的减震控制效果达到最佳状

7、态。另外，不同形式巨型框架悬挂结构有限元模态对比分析表明，巨型框架隔震悬挂结构的自振周期明显长于其他两种形式的，有利于结构避震。有限元时程对比分析表明，分别与结构安全性和舒适性息息相关的主结构相对位移和子结构加速度明显小于自由悬挂和传统悬挂结构的。由于隔震层的存在使得巨型框架隔震悬挂结构的地震响应有快速衰减的现象，表明隔震层耗散了绝大部分的地震输入能量，从而达到较好的振动控制效果。最后，通过对不同悬挂结构形式在不同场地条件下的动力响应时程分析结果表明，土考虑土一结构动力相互作用的巨型框架隔震悬挂结构动力响应分析层做为地震波的传播介质，具有低频放大和高

8、频滤波效应。考虑土一结构动力相互作用时的巨型框架隔震悬挂结构的地震响应振动控制指标(主结构相对位移和子结构绝