《地震作用下高層建築的群樓效應機理研究》是依託北京科技大學，由潘旦光擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：地震作用下高層建築的群樓效應機理研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：潘旦光
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以高層建築群為研究對象，提出群樓體系的概念進行地震作用下多個建築與土體耦合場的動力相互作用問題的研究。首先，採用解析和數值計算方法，研究群樓體系的耦合阻抗函式，進而研究多個建築與土體相互作用對結構動力特性影響的變化機理，並建立耦合場下結構動力特性變化的計算模型；其次，根據群樓體系內結構地震反應的相互作用現象，提出群樓效應的概念，並定義群樓相互作用係數指標用以定量分析群樓效應，隨後對建築分布分別採用周期模型和隨機模型進行結構地震反應分析，將群樓體系中與建築特徵有關的量看作隨機變數，從而建立群樓相互作用係數的統計計算模型；第三，進行理論分析和振動台試驗的對比研究，驗證計算模型的合理性；最後，根據理論分析、數值計算和實驗研究的結果，以現有單體建築下土－結構動力相互作用簡化計算模型為基礎，提出一個反映群樓效應影響的簡化計算模型，用於群樓體系的抗震分析和設計。
結題摘要
以城市環境下高層建築群為研究對象，研究了鄰近建築對結構地震反應的影響。研究內容主要包括高層結構簡化動力模型、結構-土-結構體系動力特性、阻尼矩陣構建方法等的理論分析、數值計算以及離心機振動台試驗研究。主要研究成果有：(1)提出了修正模態攝動法用以計算變截面Timoshenko梁的動力特性，在此基礎上，建立了任意荷載作用下Timoshenko梁動力反應的振型疊加法。(2)針對時程分析過程中，阻尼矩陣對結構動力反應的顯著影響，以結構的峰值位移最小為最佳化目標，建立了可直接確定Rayleigh阻尼係數的最佳化求解方法，在此基礎上，進一步提出Rayleigh阻尼係數約束最佳化解法和Caughey阻尼係數最佳化解法。從而建立可考慮結構動力特性、激勵空間分布和頻譜特性影響的Rayleigh阻尼係數和Caughey阻尼係數。(3)將上部結構簡化為等效單自由度模型，採用剛性基礎明置於均質土層上。系統地研究兩個相同結構所構成結構-土-結構體系動力特性的變化規律。根據結構-土-結構體系中存在兩階頻率相近相位相反振動模態的現象，提出了孿生頻率的概念。隨後，探討了孿生頻率隨結構與土層的頻率比、兩結構之間距離與基礎寬度比的相對距離、基礎寬度與土層厚度的寬厚比等因素的變化規律。計算結果表明，當相對距離小於2.5、頻率比大於0.7，寬厚比在0.7至2.5之間時，孿生頻率相對變化量超過15%。然後，進行了行波地震輸入下結構-土-結構相互作用體系動力反應計算，計算結果表明，由於孿生頻率的存在，易於使結構和場地產生拍的現象。(4)在水平地震作用下對比分析了土-結構相互作用體系和結構-土-結構體系中基礎水平加速度、搖擺加速度反應。數值結果表明：鄰近結構主要對結構的搖擺振動有顯著影響，當相對距離小於0.5，鄰近結構可使搖擺振動變化超過15%。但對結構的水平地震影響很小，可以忽略不計。(5) 採用模型實驗研究了框架結構在剛性基礎、單一結構土-結構相互作用和結構-土-結構相互作用下系統的頻率、模態和阻尼比的變化情況。根據脈衝激勵下結構的回響識別出三個系統的模態參數。尤其是提出在箱體上進行單一激勵，結構上多點輸出的方式，成功識別出了結構-土-結構體系的孿生頻率。同時離心機振動台的試驗結果表明：結構-土-結構體系基礎的豎向位移和搖擺振動增加；兩結構有一定角度的結構-土-結構體系，扭轉振動明顯加強。
