文摘

相邻建筑之间的冲突经常发生在地震载荷下没有足够的差距。安装聚合物保险杠碰撞建筑物之间可能会减少力量的冲击。本文在分析利用聚合物保险杠抑制冲击的影响。为了缓解有效性调查冲击的条件没有保险杠,不同类型的冲击力量模型是用来模拟和计算框架在地震荷载作用下振动响应。首先,对比结果冲击力量,位移,在选择地板计算剪切力条件有无聚合物保险杠。其次,粘弹性和弹性重击力模型之间的差异进行比较和讨论。最后,参数进行调查研究不同冲击参数的影响。结果表明,聚合物保险杠可以减少但增加冲击时间最大值的力量。和保险杠材料的粘弹性力有一定范围的影响冲击响应。参数选择不当材料类型和冲击可能会导致相反的效果。

1。介绍

相邻建筑物高度不平等差距不足可能导致地震的影响下显得。这可能导致严重伤害甚至失去生命,已观察到所有大地震(1- - - - - -4]。大塑性变形、分裂和建筑物的主要组件的崩溃,以及桥梁主梁的错位或下降(5),是最常见的功能禁用结构在地震现象。

广泛的文献关于地震导致的冲击已经出现在过去的十年。扬科夫斯基(6]分析了参数跳动的两栋建筑相同数量的故事。基于养家糊口的非线性粘弹性分析模型,Pratesi [7)开发了一种特殊的多链路粘弹性有限元接触模型,分析了地震重击的细长钢筋混凝土钟楼。释迦(8)之间的地震冲击处理三种典型钢筋混凝土建筑物耐震框架考虑底层土壤结构响应的影响。

减少冲击影响相邻结构之间已经研究了许多意思。剪切调谐质量阻尼器在两个结构,以减少振动和冲击影响的概率由阿卜杜拉(9]。Polycarpou [10]给出了一个有效的方法来说明软材料的性能(如橡胶)在结构显得保险杠。

尽管上述冲击震陷研究中,一个合适的重击力模型来说明力和位移之间的关系是一个关键的基础研究冲击对结构的影响。提出了许多打击力模型或分析方法来模拟碰撞体之间的相互作用。线性弹簧模型,基于经典理论的影响,认为两个碰撞体之间的相互作用是一个线性弹簧。这种分析方法是最简单的方法来避免忽视能量耗散。Ruangrassamee [11和王5)利用线性弹簧模型计算桥梁的冲击甲板和相邻组件。

非线性弹簧模型,也称为赫兹弹簧模型,最初引入分析碰撞过程由Goodsmith [12]。这个模型是分析弹性显得非常有效和适用于曲面接触不同的弯曲度。洲(13)简化结构为两个单自由度振子和模仿的造型显得两个相邻结构之间利用非线性赫兹的影响模型。Pantelides [14崔]和[15)采用赫兹冲击模型来研究桥梁的冲击影响。

开尔文模型是一种线性粘弹性模型,可以分析过程中能量耗散碰撞变形。它可以描述能量耗散,除了拉应力,在冲击过程的结束。这种方法最初提出和讨论Anagnostopoulos说道16,17]。释迦(8],Madani [18],Komodromos [19,20.)利用开尔文模型来计算相邻建筑物间显得。

在模拟冲击过程中,以得到更准确的结果,一个非线性粘弹性模型最初由养家糊口基于开尔文模型(21),这是用来计算显得多层的建筑(6)和孤立的高架桥梁。与此同时,Muthukumar [22)结合开尔文模型和赫兹弹簧模型来获取“Hertzdamp模式。“雪23)也提出了粘弹性冲击受力分析方法,利用PTMD调谐质量阻尼器(冲击)模拟。

橡胶和其他类似的聚合物进行有效减震。聚合物的粘弹性行为受冲击载荷作用下的全减震器需要充分模仿获得准确的数值模拟和参数研究。本文讨论如何聚合物保险杠抑制vibration-induced相邻结构之间的冲击。不同尺寸、机械性能和计算两栋建筑之间的差距。保险杠的粘弹性分析通过使用一个更新的重击力法提出了我们之前的工作。重击力、加速度和能量耗散反应比较,揭示聚合物保险杠的抑制机理。

2。相邻的建筑模型

本文研究重点是高层建筑之间的冲击和低层建筑,这是一个很常见的建筑为商业和住宅使用。图1是每一层的动态行为分析模型的质量集中在地板上水平。左边的建筑是一个fifteen-storey混凝土框架,建筑是一个持建筑的权利。它们有相同的层高、刚度和阻尼。质量、刚度、阻尼比和表中列出的建筑之间的差距1。

(一)
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(b)
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图1
碰撞的模型框架和粘弹性模型:(a)两个混凝土框架建筑(左:fifteen-storey建筑;右:持建设);(b)粘弹性模型(三个参数固体)。
表1
建筑物的性质。

3所示。造型的力

力之间的冲击碰撞结构建模通常是通过使用弹性或粘弹性影响元素变得活跃时接触检测。这里有三种类型的冲击碰撞力模型构建的交互关系的身体或保险杠。两栋建筑之间的结构冲击没有保险杠,养家糊口的模型是用来计算冲击响应。这是因为大量的研究已经证实其有效性。聚合物保险杠的粘弹性特性,介绍了弹性和粘弹性分析模型来验证有效性的保险杠和揭示粘弹性的影响。

3.1。混凝土重击力模型

删除nonexisting开尔文模型中的拉应力,养家糊口(6)建造了一个节段功能,避免紧张压力的恢复时期。根据这个模型,在接触冲击力量的价值 th ( )层的两栋建筑可以作为计算 在哪里 是相对位移, 是初始分离之间的建筑, 之间的相对速度碰撞 层, 影响刚度参数, 是元素的阻尼的影响。 在任何瞬间的时间可以得到以下公式: 在哪里 和 的质量吗 th左派和右派的层建筑,分别 阻尼比是影响回弹系数有关, ,它可以被定义为(22]

组件之间的交互过程中碰撞是一个能量耗散和动量交换的过程,这一过程可能产生大的冲击力量当碰撞发生在很短的时间间隔。在现在的研究中,两个冲击混凝土框架之间的冲击力量将利用养家糊口的模型的有效性已被证明Raheem [24和马哈茂德25]。以下值非线性粘弹性重击力模型参数的应用: 和 (6]。

3.2。聚合物重击力模型

冲击力量,作为额外的效果,可以用作控制力降低结构振动。雪(23验证,可以增强粘弹性材料、能量耗散碰撞组件之间的挤压。

两种类型的能量耗散装置具有弹性和粘弹性材料,分别被用于仿真之间的两个相邻建筑物在地震中(见图2)。


图2
汽缸聚合物块与约束。

在分析,力量的冲击弹性模型可以计算 在哪里 聚合物块的高度, 是聚合物块的表面积, 是相对位移, 的弹性模量是聚合物块,整整三个参数, 。在构成的粘弹性模型如图1 (b), 和 春天是弹性参数与单位Pa,然后呢 dash-port粘性参数与单位的一部分吗 。 代表两个弹簧 和 阻尼器的串联关系,忽略了 是零。

打击力与粘弹性模型可以计算的 在哪里 和 不再是微分算子,而是多项式参数 通过拉普拉斯变换。 是粘弹性材料的泊松比。的原始参数弹性和粘弹性模型的力量已经纳入研究: , , ,和 。最初的建筑之间的差距也已将分离 。

4所示。动态运动方程

为例,本文研究重点是左边fifteen-storey建筑之间的冲击和持建设在右边。运动的动力学方程对于这样一个结构模型,包括建筑物之间的冲击在每层级别,可以写成 在哪里 , 和 , 代表质量和阻尼系数的矩阵的左和右的建筑,分别; 和 非弹性抵抗力量是向量组成的系统; , , 和 , , 表示位移、速度和加速度向量为左右结构,分别; 和 的打击力向量是左右结构,分别; 地面运动加速度的向量。

让 , , 和 , , 群众,粘滞阻尼系数和弹性层剪切力的左派和右派的建筑,分别。然后,方程的矩阵和向量(6)可以被定义为

塑料轴承列剪切力的影响也会考虑。在弹性阶段, 和 采取的形式 和 ;在塑性阶段, 和 ,在哪里 , 和 , 层的初始刚度系数和收益率部队左派和右派的建筑,分别; , , 和 , , 的位移、速度和加速度的左右结构,分别。

神户地震波,于1995年被记录,是利用地震激发。数值模型是使用MATLAB仿真软件构建软件。

5。分析和仿真结果

三种类型的分析计算:没有保险杠结构,与保险杠结构分析的弹性模型,并与保险杠结构的粘弹性分析模型。第一部分的结果,时程响应模拟显示冲击抑制的影响。冲击力量,位移、加速度和能量值分别说明。在第二部分,揭示影响参数研究进行保险杠。在最后一部分,比较粘弹性模型和弹性模型。

5.1。下科比地震波时程响应

图3显示重击力与三种类型的时程分析冲击下科比波地面运动。因此,使用粘弹性聚合物保险杠的最大打击力和弹性模型相比有明显降低模型聚合物保险杠。例如,第八层的最大冲击力变化从7.87×1064.78×10 N6N在安装保险杠。减少幅度为39.3%。另一方面,冲击次数的增加安装保险杠后,从8倍的42倍。此外,它已被观察到的冲击力量较低的层显示较小的值相比,价值更高的层。然而,聚合物之间的块结构降低了初始分离的距离建筑物之间的差距。这导致了越来越多的影响相比,影响案件的数量没有聚合物块建筑物之间。

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图3
与三种不同模型的碰撞冲击力量对比:(a、d、g)没有保险杠;(b、e、h)与保险杠由弹性重击力模型计算;(c、f i)与保险杠力模型计算的粘弹性冲击。

三种类型的位移时间历程分析碰撞在神户地震记录图所示4。相比与聚合物保险杠弹性模型的位移响应,取得了类似的结果粘弹性模型的左和右的建筑。位移响应与聚合物保险杠是远远低于情况下没有保险杠在左边的建筑,但他们是比力的冲击没有聚合物保险杠在正确的建筑模型。

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图4
位移时程与三种不同模型的碰撞(a, c, e)离开建筑层和(b, d, f)对建筑层。

剪力时程与三种类型的分析碰撞建筑图所示5。从图可以看出,聚合物保险杠相邻结构之间的相互作用将导致减少的观察剪力层在左边的大楼。此外,结果如图5表明碰撞可能导致较低的层的屈服在左右两个建筑物。也可以观察到达到阈值的剪切力减少安装保险杠为例。为例,在安装保险杠,乘以剪力研究限制减少从6到1在第一层,即聚合物保险杠可以减少列赔偿和保护结构在地震荷载作用下。

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图5
剪力时程与三种不同模型的碰撞(a, c, e)离开建筑层和(b, d, f)对建筑层。
5.2。弹性和粘弹性冲击模型之间的比较研究

在前面的计算结果,弹性重击力模型和粘弹性模型的冲击过程中也有类似的反应。这是因为粘弹性对先前选定的粘弹性参数不显著。本节将说明差异的计算粘弹性模型和弹性模型。

5.2.1。重击力时程结果

图6显示了重击力时程建筑物之间的一个冲击过程中使用聚合物保险杠与弹性和粘弹性模型、阻尼器参数的值 是 和 ,分别。以下参数为打击力的弹性和粘弹性模型已经包含在这一节中: 爸爸, 爸爸, Pa。结果表明,使用聚合物保险杠的打击力与弹性模型小于粘弹性模型。然而,与粘弹性模型碰撞过程的持续时间短于碰撞过程的持续时间与弹性模型。此外,使用聚合物保险杠与粘弹性模型降低了建筑物之间的冲击时间在整个地震相比,使用聚合物保险杠与弹性模型。例如,《纽约时报》的结构之间使用聚合物保险杠与弹性和粘弹性模型在整个地震是51和47倍,分别。

(一)
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图6
重击力时程与一个冲击过程中不同的阻尼器参数(a) Pa·s和(b) Pa·s。
5.2.2。位移时程

位移结果的比较之间的弹性和粘弹性模型与建筑物之间的不同的阻尼器参数呈现在图7,的值 , , ,和 是 , 爸爸, 爸爸, 分别Pa。不同的图4,考虑到保险杠材料的粘弹性与结果的某些分歧显示了由弹性分析模型。这些表明,结构在地震碰撞反应,包括碰撞位移和碰撞持续时间,受到保险杠的粘弹性性能的影响。这意味着尽管弹性模型可以获得足够精确的结果在大多数情况下,粘弹性缓冲材料在某些情况下会影响分析结果。各种参数对碰撞响应的影响行为调查在以下部分中。

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图7
比较弹性和粘弹性模型之间的位移结果与不同的阻尼器阻尼参数(a)离开建筑层和(b)对建筑层。
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图8
重击力时程与五种不同的材料类型:(f, k)类型的材料;(b, g, l) b型材料;(c、h、米)c型材料;(d,我,n) d型材料;(e, j o) e型材料。
5.3。粘弹性材料特性参数的研究

在本节中,不同的材料属性结构应用之间进行参数分析。这样做是为了研究的影响参数,获得最优的粘弹性参数设置力模型的冲击。

获得的结果的影响不同粘弹性材料相邻建筑,一系列的材料不同的等效弹性模量的值,定义为 在方程(4),提出了表2(26]。

表2
粘弹性材料的本构参数。

重击力时程之间的五种材料类型两个不平等的高度提出了建筑在神户地震记录图8。从图可以看出9打击力的等效弹性模量的增大而增大材料中所有层的建筑。然而,时代的冲击减少材料的等效弹性模量的增加在碰撞。例如,毗邻的建筑物之间的碰撞次数 层粘弹性材料的类型A, B, C, D, E是71年,54岁,53岁,48岁和46。

图10显示力受到的冲击 参数表中给出的不同的材料类型2。聚合物保险杠的材料类型,B和C,打击力的高峰值时减少一个碰撞过程中改进的价值 。相比之下,对D型聚合物保险杠材料,更大 价值,打击力的高峰值时增加一个碰撞过程中改进的价值 。打击力的价值也有突然增加的碰撞。

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图9
重击力受参数的影响 在不同的材料类型表中给出2:(a)型材料;(b) b型材料;(c) c型材料;(d) d型材料。
5.4。几何尺寸参数研究冲击
5.4.1之前。不同的相邻结构之间的差距

获得的结果之间的差距的影响邻近建筑物、四个不同的地震空白区值用于计算地震记录下的结构的响应。以下参数粘弹性模型的冲击力量已经包含在这一节中: , 爸爸, Pa。

建筑物之间的力量对比的冲击与不同地震空白图所示11。很明显,时代的冲击与地震间隙值的增加减少。打击力的高峰值之间的结构有不同的差距在图11为 层的建筑 , , ,和 ,分别。这意味着更大的差距不能总是减少力量的冲击。

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图10
打击力与不同建筑之间的差距:(a, e, i)d= 0.04;(b, f, j)d= 0.05;(c、g、k)d= 0.06;h (d, l)d= 0.07 m。

图12显示的冲击力量对比一个碰撞过程中与不同的建筑物之间的差距大约在40年代在第四层和八层。在四个不同的差距在图12,结构之间的冲击力量 比其他人高。此外,冲击的持续时间也与地震间隙变化。图13位移时程与不同的建筑物之间的差距。可以看出有一个减振层的位移响应影响正确的建筑。

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图11
重击力时程与不同的建筑物之间的差距在一次碰撞过程:(一)8层;(b)第四层。
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图12
位移时程与不同的建筑物之间的差距(a, c, e)离开建筑层和(b, d, f)对建筑层。
5.4.2。不同大小的保险杠

研究了聚合物缓冲器的性能与不同半径。四个不同半径的聚合物保险杠用于仿真。图9说明重击力随着半径的增加而增加的价值的聚合物保险杠。这意味着面积较大的聚合物保险杠有更好的承载能力。另一方面,重击*大小变化没有显著差异。

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图13
打击力与不同聚合物保险杠大小:(a, e, i)R= 1.0;(b, f, j)R= 1.2;(c、g、k)R= 1.4;h (d, l)R= 1.6 m。

聚合物的影响保险杠与不同类型的材料和半径呈现在图14。所有四组曲线表明,更大的聚合物保险杠可以减少一个碰撞过程中碰撞时间。

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图14
重击力时程与不同聚合物保险杠大小在一次碰撞过程:(a)型材料;(b) b型材料;(c) c型材料;(d) d型材料。

6。结论

本文重击缓解有效性研究聚合物保险杠的相邻建筑,粘弹性和弹性重击力模型是用来计算的冲击响应。可以得到以下结论:(1)在冲击过程中,聚合物保险杠可以减少两栋建筑之间的打击力和剪切力。八层的大楼,从7.87×10最大打击力降低64.78×10 N6N在安装保险杠。第一层,剪力的研究限制减少从6到1。这可以减少列赔偿和保护结构在地震荷载作用下。(2)相邻建筑物的动态响应下科比地震波计算通过使用粘弹性的重击力模型和弹性冲击模型。比较结果表明,只有很小的区别(少于1%)出现在冲击仿真结果在这两个类型的分析重击力模型。变化的影响程度取决于力模型参数值的冲击。(3)聚合物的粘弹性性质保险杠是一个主要因素在影响冲击抑制的性能。一个更大的等效弹性模量减少冲击值将产生相反的效果。(4)建筑物之间的差距和大小的保险杠也关键因素影响建筑之间的冲击响应。小缺口可能会增加力量的冲击但减少位移。更大的保险杠可以减少时间,但增加冲击力量的冲击。

总之,安装保险杠聚合物是一种有效的方法来减少相邻建筑物间的冲击响应的差距不足。需要选择适当的参数聚合物保险杠以确保其有效性。仿真结果将随保险杠的粘弹性。

数据可用性

保险杠的属性(如表所示2)用于支持这项研究的结果已经沉积在威利在线图书馆(https://doi.org/10.1002/eqe.2194)。粘弹性材料的本构参数值用于支持这项研究的结果已经沉积Hindawi库(https://doi.org/10.1155/2016/2596923)。没有其他原始数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

支持的工作是由中国国家自然科学基金(项目号。51409056和51409056),中央大学的基础研究基金项目没有。HEUCF180204),泰山学者重点学科人才小组项目资助的山东省。