基于粉土液化的屋頂花園減震性能研究.pdf

1、結構振動控制的概念自提出以來，取得了大量的研究成果，現(xiàn)已成為結構抗震領域的熱點課題之一。采用各種阻尼裝置來控制結構的振動反應是一種典型的被動控制方法。由于其具有裝置簡單、安裝方便、減振效果好等優(yōu)點，在實際結構振動控制中得到廣泛的應用。屋頂花園在改善城市居住環(huán)境方面具有重要作用，同時也蘊含有較好的減震價值。
　　基于多種阻尼器的研究結果，結合屋頂花園與粉土震動液化現(xiàn)象，本文提出一種能夠應用于土木工程結構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）和植被組成的子結構，發(fā)生液化時粉土不再具有抗剪強度，呈流動狀態(tài)，能夠推動土中的物體一起運動，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，兼具減震效果好、造價低廉、維護費用低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑美觀和結構抗震的有益結合。
　　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合起來的思路。其次，通過土工試驗確定了所用土料的種類，并測定了所制備土樣的飽和度；通過小型振動臺試驗，分析了粉土振動液化的現(xiàn)象和基本規(guī)律。隨后，采用大型振動臺試驗，測試了裝置的減震效果，并對試驗結果進行了分析。最后，采用 ANSYS軟件并結合Housner集中質(zhì)量簡化法，模擬計算了相同條件下的 TLD減震效果，將試驗裝置的減震效果與TLD進

4、行了對比；采用流-固耦合的方法對水土混合物的振動模態(tài)進行了分析，得到了裝置的基本振動頻率。
　　通過研究，本文得到以下結論：
　　①通過增加外激勵正弦波的加速度幅值和頻率，飽和粉土能夠產(chǎn)生震動液化現(xiàn)象，幅值和頻率不同，粉土產(chǎn)生充分液化所需時間也不相同。
　?、谠谒絾蜗蚣钕?，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，當激勵頻率接近裝置中液化粉土晃動頻率時，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。
　?、蹨p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，相應的減震率均有增大現(xiàn)象。
　?、芡ㄟ^對比TLD模擬結果與粉土減震裝置試驗結果發(fā)現(xiàn)，相同條件下的TLD對結構沒有減震效果，說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。
　　⑤采用有限元模擬的方法計算了液化粉土的基本振動頻率，結果與液體晃動頻率理論計算值比較接近，說明采用

6、流-固耦合的方法計算液體晃動頻率是正確的，從而也提供了一種模擬計算容器中液體晃動頻率的方法。
　　本文的創(chuàng)新點
　?、俦菊n題逆向考慮了土體振動液化的不利影響，把工程界普遍認為有害的粉土液化現(xiàn)象應用到阻尼器的研發(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用條件受限和魯棒性差等缺點。
　?、鬯芯康淖枘嵫b置構造簡單，可與目前比較流行的樓頂花園融為