考虑非结构因素的高层结构-地基土相互作用非线性地震反应分析

The project main studies earthquake response analysis of equipment- high-rise structure-soil interaction system. Considering the damage of nonstructural systems, a new model of dynamic analysis for equipment- high-rise structure-soil interaction system is proposed. The accurate analysis model of equipment-structure-soil interaction system is based on component mode synthesis method, and the equipment that involved simulates as secondary substructure, where interface conditions of equipment-structure are refined as different connection modes. Due to usual dynamic substructure method used to linear problems, in order to introduce the non-linear effect of equipment- high-rise structure-soil interaction system, the project develops the mixed dynamic substructure method, which combines constrained mode method and other mode methods. The proposed model is performed dynamic response analysis, including various input motions and dynamic properties of equipment or structure. Then, a comprehensive seismic assessment of equipment and structure combined seismic performance level of structural system and poor performance of equipment is develop that is consistent with the current performance-based seismic design philosophy, and it also offers some helpful reference for the current seismic design code.

本项目进行设备-高层（高耸）结构-地基土相互作用地震反应研究。提出设备-高层（高耸）结构-地基土相互作用动力分析模型，针对结构的非结构性破坏问题，将结构内部关键设备作为独立的二级子结构参与模拟，同时细化设备与结构连接，建立基于模态综合法原理的设备-结构-土高效分析模型。由于传统的动态子结构方法仅能解决线性问题，本项目在混合动态子结构法的基础上对其方法进行扩展，以解决考虑设备-结构-地基土相互作用后的非线性问题，采用约束模态与其它模态法的耦合方法，研究设备-高层（高耸）结构-地基土相互作用体系在不同地震作用下，不同设备与不同结构工况下，以及工况变化引起整个系统地震反应的变化，分析结构与设备抗震性能变化规律；并结合结构的抗震等级与设备的重要性、易损性，协调结构与设备的抗震性能，对结构与设备抗震性能进行综合性评价，为完善相关抗震设计标准建立提供参考。

当前建筑体系中设备等非结构部件所占比例日益增长，大量非结构类构件安置于高层建筑主结构中，特别是在生产生活中广泛应用的仪器等设备，精密设备等非结构部件破坏将造成巨大的经济损伤和安全危害。以往人们对于建筑抗震性能研究主要集中于结构本身，往往忽略附属设备对结构抗震性能的影响。忽略设备-结构动力相互作用，在某些情况下将导致错误的设计结果。同样在一般的结构抗震反应分析中，为了简化计算，往往采用刚性地基假定，没有考虑地基土-结构相互作用的影响，而考虑相互作用效应后结构的绝对位移会增大，从而加剧设备设施的非结构性破坏。为了探究设备-结构(相邻结构)-地基土复杂体系的地震反应规律，本项目进行了设备-结构(相邻结构)-地基土体系地震反应研究。提出了基于分支模态子结构法的设备-结构(相邻结构)-地基土体系振动台子结构试验方法，该试验方法将主要研究对象设备-结构子体系作为试验子结构，其余部分作为数值子结构，继而成功实现了设备-结构(相邻结构)-地基土体系振动台子结构试验。考虑到强震作用下地基土并非全部进入非线性阶段的特点，提出采用局部非线性地基土模型作为数值子结构参与振动台子结构试验，并引入域缩减分析法处理地基土模型，使局部非线性地基土模型作为数值子结构参与振动台子结构试验时计算更准确。然后根据推导的计算公式给出了模拟振动台子结构试验数值交互计算方法方法，并将此方法推广到设备-高层结构(相邻高层结构)-地基土体系抗震性能研究，从而拓展振动台子结构试验的应用范围。此外，从能量分析的角度综合评估不同连接特性的设备-结构-地基土体系的抗震性能。本项目对结构与设备抗震性能进行综合性评价，为完善相关抗震设计标准建立提供了理论与技术支撑。