基于粉土液化的屋頂花園減震性能研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的概念自提出以來(lái)，取得了大量的研究成果，現(xiàn)已成為結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題之一。采用各種阻尼裝置來(lái)控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)是一種典型的被動(dòng)控制方法。由于其具有裝置簡(jiǎn)單、安裝方便、減振效果好等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中得到廣泛的應(yīng)用。屋頂花園在改善城市居住環(huán)境方面具有重要作用，同時(shí)也蘊(yùn)含有較好的減震價(jià)值。
　　基于多種阻尼器的研究結(jié)果，結(jié)合屋頂花園與粉土震動(dòng)液化現(xiàn)象，本文提出一種能夠應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的混合型消能減震阻尼裝置。本裝

2、置充分利用了粉土震動(dòng)液化現(xiàn)象，綜合了調(diào)諧液體阻尼器、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、粘滯阻尼器和顆粒阻尼器的減振原理。在樓層頂部增加由飽和砂土或粉土、質(zhì)量塊（如圓球狀卵石）和植被組成的子結(jié)構(gòu)，發(fā)生液化時(shí)粉土不再具有抗剪強(qiáng)度，呈流動(dòng)狀態(tài)，能夠推動(dòng)土中的物體一起運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)出較好的耗能減震潛力。本裝置克服了常見阻尼器減震原理單一、魯棒性差等缺點(diǎn)，兼具減震效果好、造價(jià)低廉、維護(hù)費(fèi)用低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑美觀和結(jié)構(gòu)抗震的有益結(jié)合。
　　首先，本文

3、介紹了該混合型消能減震裝置的主要組成以及調(diào)諧類減震裝置的減震規(guī)律，并提出將粉土減震裝置與屋頂花園結(jié)合起來(lái)的思路。其次，通過(guò)土工試驗(yàn)確定了所用土料的種類，并測(cè)定了所制備土樣的飽和度；通過(guò)小型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，分析了粉土振動(dòng)液化的現(xiàn)象和基本規(guī)律。隨后，采用大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，測(cè)試了裝置的減震效果，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。最后，采用 ANSYS軟件并結(jié)合Housner集中質(zhì)量簡(jiǎn)化法，模擬計(jì)算了相同條件下的 TLD減震效果，將試驗(yàn)裝置的減震效果與TLD進(jìn)

4、行了對(duì)比；采用流-固耦合的方法對(duì)水土混合物的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了分析，得到了裝置的基本振動(dòng)頻率。
　　通過(guò)研究，本文得到以下結(jié)論：
　?、偻ㄟ^(guò)增加外激勵(lì)正弦波的加速度幅值和頻率，飽和粉土能夠產(chǎn)生震動(dòng)液化現(xiàn)象，幅值和頻率不同，粉土產(chǎn)生充分液化所需時(shí)間也不相同。
　?、谠谒絾蜗蚣?lì)下，混合型消能減震阻尼裝置具有一定的減震效果：正弦波作用下，當(dāng)激勵(lì)頻率接近裝置中液化粉土晃動(dòng)頻率時(shí)，減震效果較好；El Centro波與Taft波作

5、用下，裝置均有較好的減震效果。
　　③減震裝置中增加鐵球能夠提高裝置的減震效果。在正弦波和地震波作用下，裝置中加入鐵球后，相應(yīng)的減震率均有增大現(xiàn)象。
　?、芡ㄟ^(guò)對(duì)比TLD模擬結(jié)果與粉土減震裝置試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同條件下的TLD對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有減震效果，說(shuō)明裝置的減震原理與TLD有很大不同，粉土減震裝置能夠提供較大的阻尼作用。
　?、莶捎糜邢拊M的方法計(jì)算了液化粉土的基本振動(dòng)頻率，結(jié)果與液體晃動(dòng)頻率理論計(jì)算值比較接近，說(shuō)明采用

6、流-固耦合的方法計(jì)算液體晃動(dòng)頻率是正確的，從而也提供了一種模擬計(jì)算容器中液體晃動(dòng)頻率的方法。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)
　?、俦菊n題逆向考慮了土體振動(dòng)液化的不利影響，把工程界普遍認(rèn)為有害的粉土液化現(xiàn)象應(yīng)用到阻尼器的研發(fā)中，具有一定的創(chuàng)新性。
　?、谒芯康淖枘崞魇且环N混合消能減震裝置，綜合了多種阻尼器的工作原理，克服了單一阻尼器應(yīng)用條件受限和魯棒性差等缺點(diǎn)。
　?、鬯芯康淖枘嵫b置構(gòu)造簡(jiǎn)單，可與目前比較流行的樓頂花園融為