Base-isolated建筑物遭受极端地震或由于pulse-like地震可以超过其设计间隙距离和影响周围的护城河。基于将碰撞能量耗散和最大压缩变形的孤立与Hertz-damp模型和Kevin-Voigt模型结构在碰撞的过程中,一个等价的线性影响模型(琳)提出了更好地预测地震隔离结构响应的影响。琳的等效线性刚度公式理论上推导。琳的有效性验证通过对比数值分析的结果与冲击实验的结果。选择四个由于地震来验证所提出模型的合理性和准确性使用数值分析。结果表明,提出的线性模型几乎可以捕获孤立结构影响行为的模拟pounding-involved结构响应。
一个bstract>Base-isolated结构可以与周边受影响挡土墙在强烈地震摇晃含有低频能量如果没有足够的这些元素之间的间隙。它可能是地震的主要原因在地震破坏甚至倒塌的建筑物。在2011年2月22日克赖斯特彻奇地震调查的6 ~ 12%的建筑物被观察到有严重损伤造成冲击
gydF4y2Ba影响base-isolated结构问题得到了研究人员的兴趣。Nagarajaiah和太阳研究base-isolated消防指挥和控制建筑在1994年在洛杉矶北岭地震。这是观察到的反应base-isolated建筑已经显著地改变由于发生的影响
gydF4y2Ba工程是一个复杂的结构性冲击现象涉及塑料变形在接触点,局部开裂或破碎,压裂由于影响,摩擦,等等。通常有两种不同的方法来建模结构冲击(
gydF4y2Ba本文提出了一个等价的线性影响模型(琳)研究行为与护城河墙隔离结构的冲击。公式的等效线性刚度琳是理论上,基于将碰撞能量耗散和最大压缩变形使用Hertz-damp孤立结构模型和Kevin-Voigt模型过程中碰撞。随后,数值模拟的结果与实验结果的影响进行了球。最后,给出了仿真结果和敏感性分析来检查的准确性提出了模型捕获行为与护城河墙隔离结构的冲击。
图
等效模型的影响在两个碰撞的身体:(a)与Hertz-damp模型和系统1 (b)与开尔文模型系统2。
赫兹接触法(
接触力与相对缩进的两具尸体和一个非线性弹簧刚度<我nline-formula>
线性粘弹性的影响模型,也称为开耳文模型,是一种最常用的模型结构冲击,由一个线性影响弹簧和阻尼器产生粘性的影响。Hertz-damp模型和开耳文模型如图
各种影响模型的接触力-位移关系:(a)开尔文模型和(b) Hertz-damp模型(
元素阻尼的影响可以从公式获得
阻尼比是(
考虑到动量和能量平衡压缩的开始和结束阶段,我们有
用(
的方程,第二个公式是阻尼耗散的能量。
gydF4y2Ba损耗的能量阻尼力可以被评估
阻尼力的损耗的能量压缩和恢复阶段
用(
这种能量损失可以表达的(
这种能量损失的影响身体使用Kevin-Voigt可以表达的
基于平等的能量消散的阻尼力和最大两个系统使用开耳文模型和Hertz-damp模型(见图
相等的能量耗散模型对各种影响。
为了验证的准确性琳的结构性冲击,数值分析结果与实验结果相比,养家糊口(
球的数值模型。
这样一个模型的动态运动方程可以写在表单中
利用集成过程和持续的时间步<我nline-formula>
比较打击力的时间数值结果和实验结果之间的历史。
在实践中,一些商业软件包为线性弹簧元件提供一个缺口模型的影响,但不能影响模型的阻尼系数。此外,它是复杂的工程师计算阻尼系数使用(
比较影响部队和变形的模型,没有阻尼。
建筑抗震设计规范》规定的一般指引,但他们没有提供细节选择类型的地震记录的非线性动态分析(Katsanos, 2006)。一般来说,最好是选择的记录基于真实记录从数据库强大的运动考虑统计特征强烈的运动。目前,装配的关键地面运动数据库从日本K-Net强烈运动网络(NIED)、同行/ NGA和CESMD (
由于pulse-like记录数据。
所有选定大pulse-like地震记录具有低频内容,为了引起大地震位移的孤立的建筑。这些运动覆盖范围从6.0到7.6级和断裂的距离(距离最近的站点断层破裂面)的范围从0到10公里。4的地面速度峰值地面运动记录超过30 cm / s。地震峰值加速度(PGA)对应于指定的专业水平是0.4克。
期间base-isolated结构的地震响应的影响与周围的护城河墙了。数值研究使用base-isolated结构的一个数学模型来计算响应的兴趣如绝对加速度峰值和峰值相对位移的隔离层。总重量是200吨。隔震结构的周期是3 s。赫兹刚度影响=<我nline-formula>
简化桁架base-isolated结构影响的接触单元模拟。
数值过程由MATLAB软件编程。地震加速度、位移和冲击力的孤立结构绘制在图
加速时间孤立结构(a) N1的历史;(b)氮气;(c) N3;(d)陶瓷。
位移时间孤立结构(a) N1的历史;(b)氮气;(c) N3;(d)陶瓷。
历史(a) N1冲击力时间;(b)氮气;(c) N3;(d)陶瓷。
敏感性分析来检验模型参数的影响进行了模拟结构峰值响应。赫兹刚度(<我nline-formula>
gydF4y2Ba每个单独的参数变化一次,和结构的响应与相应的结果使用基础值。基础值获得过程中解释部分
赫兹刚度变化对结构响应的影响。
护城河墙弹簧刚度变化对结构响应的影响。
隔离层弹簧刚度变化对结构响应的影响。
在赫兹接触模型与非线性阻尼,表达式被振动台试验验证,但它不能直接用于商业软件包。简化它,琳的近似公式从理论上推导出基于将碰撞能量耗散和最大压缩变形使用Hertz-damp孤立的结构模型和Kevin-Voigt模型过程中碰撞。通过比较数值分析和实验结果的球,公式的正确性(
gydF4y2Ba此外,琳可以用于预测冲击响应和捕获的影响行为base-isolated结构冲击对护城河墙由于受到pulse-like地震。数值模拟表明,隔离结构的加速度和位移响应和周围的墙可以被比较Hertz-damp和琳。它有利于工程师设计一个合理的base-isolated结构冲击对护城河墙。敏感性分析表明,进行结构响应的最大变化不到16%是由于50%的模型参数变化的影响。这些研究表明,琳可以提供合理的结果考虑分配模型参数的不确定性。因此,可靠的结果的模拟可以获得在结构工程从以琳起行。
大量的影响身体
前的速度的影响
弹簧刚度和阻尼的非线性影响
间隙宽度
半径两个各向同性的球体
材料参数
泊松比和弹性模量的球体<我nline-formula>
碰撞质量
混凝土的密度
一个常见的两具尸体的速度
最大的渗透。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者欣然承认金融支持中国国家自然科学基金号,51278291和51308331。
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