考虑土-结构相互作用的上海中心大厦地震反应震灾防御技术.pdfVIP

第 8 卷 第 2 期 震灾防御技术 Vol. 8, No. 2 2013 年 6 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Jun., 2013 姜忻良，老浩寅，李博强，2013 ．考虑土-结构相互作用的上海中心大厦地震反应．震灾防御技术，8 （2 ）：164—172. 考虑土-结构相互作用的上海中心 大厦地震反应 1 姜忻良 老浩寅 李博强 （天津大学建筑工程学院／滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室（天津大学），天津 300072 ）  摘要 采用 ANSYS 有限元软件建立土-桩-上海中心大厦相互作用简化模型。其中，桩土区采用等效模 型，近域土体定为塑性区，用 DP 模型模拟；外围的土域定为弹性区，用超单元来模拟。对考虑土-桩- 结构相互作用的整体结构和以刚性地基为假定的上部结构分别进行地震反应分析，并完成了比较。最 后，在整体结构中提取上部结构与下部结构处的加速度反应与原地震波叠加，形成修正地震波，为输 入修正地震波能考虑相互作用因素来分析相同结构的精细模型地震反应提供了条件。 关键词：土-结构相互作用 桩土等效 超单元 地震反应分析 修正地震波 引言 动力时程分析作为一种研究结构在地震作用下可靠性的有效手段，已被广泛应用于不规 则结构中。作为中国国内第二高楼，上海中心大厦的结构形式十分复杂，卢啸等 （2012 ；2011 ） 为研究上海中心大厦在地震作用下的动力特性与抗震性能，在刚性基础假定下对精细模型与 简化模型进行了动力时程分析。本文对考虑土-结构相互作用的上海中心大厦简化模型进行了 地震反应分析，在卢啸等（2012 ；2011 ）已建好的MARC 简化模型基础上，提取构件的相关 参数，在 ANSYS 有限元软件中进行等效建模，并进一步模拟了上海中心大厦的地下室、基 础以及周围的土体，从而建成了整体模型，并对其进行了抗震分析。 1 模型介绍 1.1 上部结构模型介绍 上海中心大厦简化模型主要考虑巨柱、核心筒、伸臂桁架以及连梁，对于外框架可以暂 时不考虑。为了尽量减少模型中的不确定因素，除去了上海中心大厦的塔顶，仅考虑结构楼 层部分，此模型也称为鱼骨模型（图 1）。核心筒主要采用了双梁模型来模拟，另外，为了保 证巨柱在简化后不出现局部振动，在巨柱和筒体之间插入了刚性链杆来对巨型的侧向自由度 1 基金项目 国家自然科学基金项目 ）；国家自然科学基金项目 ）；国家自然科学基金重大研究计划 项目） ［收稿日期］ 2013-01-27 ［作者简介］姜忻良，男，生于 1951 年。教授。主要从事结构与土相互作用以及结构抗震研究。E-mail ：jiangxinliang@126.com 2 期 姜忻良等：考虑土-结构相互作用的上海中心大厦地震反应 165 进行约束，近似考虑楼板对巨柱的约束作用。 在 ANSYS 模型中，巨柱、核心筒、伸臂桁架、刚臂采用 3D 梁单元模拟；链杆用刚度 很大的弹簧单元模拟；连梁用剪切弹簧单元模拟。鱼骨模型属于平面模型，为全面考虑简化 模型的平面特性，采用三维建模但约束平面外自由度的方式进行，简化模型如图 1 所示。图 2 为 MARC 模型转换为 ANSYS 上部结构的模型。 本文在卢啸等（2012 ；2011 ）简化模型基础上，提取构件的相关参数，再在 ANSYS 软 件中进行等效建模。卢啸等（2012 ；2011 ）所采用的MARC 模型里的本构关系是基于构件层 次上的本构关系，而在 ANSYS 中作者输入的是基于材料的本构关系，这就需要考虑构件本 构和材料本构之间的等效。 图 1 简化模型示意图 图2 MARC 模型转为 ANSYS 模型 Fig.1 Diagram of the simplified model Fig.2 MARC model converted to ANSYS m