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摘要：隔震技术可以有效的衰减结构整体的地震反应，在世界上正受到越来越多的关注。本文所要研究的是隔震技术中的建筑地基隔震。目前地基隔震的机理还并不十分明确，对其隔震性能的研究也不是很多，其涉及的学科也较广泛，如岩土工程、结构工程、地震工程学等。基于上述存在的问题，本文主要利用有限元数值计算方法对建筑地基隔震进行了研究，提出设置TMD的地基减震模型，并对场地内设置TMD装置的地基减震模型进行有限元动力分析，研究建筑物顶点位移、加速度的时程曲线和变化情况，对其减震效果进行评价。
关键词：TMD；动力时程分析
1基于被动调谐减震控制的地基隔震机理
1.1被动调谐减震控制的基本概念
结构被动调谐减震控制体系，由结构和附加在主结构上的子结构组成。附加的子结构具有质量、刚度和阻尼，因而可以调整子结构的自振频率，使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率。这样，当主结构受激励而振动时，子结构就会产生一个与结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上，使主结构的振动反应衰减并受到控制。由于这种减震控制不是通过提供外部能量，只是通过调整结构的频率特性来实现的，故称为被动调谐减震控制，由于其利用调整结构的动力特性来消减结构的振动反应，也称为动力消震。
1.2被动调谐减震控制的试验和工程应用
1996年华南建筑学院周福霖、黄熙明等进行了装设TMD子结构的某八层钢框架模型振动台试验，TMD子结构的刚度由橡胶垫提供，而阻尼采用了粘性液态阻尼器。试验分析表明：装设TMD调谐结构的顶层加速度反应和无TMD传统结构顶层加速度反应相比，减震幅度达60%，同时对首层加速度反应也有明显的减震效果，降幅达40%。同样，TMD也明显降低了结构顶层及首层的位移反应[1]。
1.3被动调谐减震控制的理论分析[1]
图1.1 单质点主结构直接受简谐激励的计算模型
2基于TMD的地基隔震有限元分析
对于被动调谐控制减震的方法，本章将尝试性的在场地模型中设置TMD装置，对其进行有限元动力分析，对其减震、隔震效果进行探讨。
2.1建立有限元动力分析模型
图2.1 基于TMD的地基隔震模型
本节所进行的有限元计算分析模型如图2.1所示。地震加速度时程从场地底部水平输入。场地土模型单元选用八结点线性六面体单元C3D8，建筑结构模型单位选用八结点线性六面体单元，非协调模式C3D8I。
对于被动调谐减震控制，本节将在建筑物前后8m处设置两个TMD装置，主要由桁架和质量块组成，桁架与桁架之间利用ABAQUS软件中的弹簧阻尼元件进行连接。桁架与相邻土体、质量块的连接通过ABAQUS中的绑定命令连接在一起的。通过这种绑定命令和弹簧阻尼元件，就能够很好的模拟TMD装置以及TMD与周围土体的相互作用。
2.2有限元动力分析
图2.2 被动调谐控制加速度时程曲线
图2.3 被动调谐控制位移时程曲线
从图2.2中可以看出，一般场地上的结构加速度峰值为201gal，隔震场地上结构加速度峰值为23gal，加速度幅值降低了89%。在TMD装置的自振周期和场地自振周期相等时，建筑结构的一层柱顶加速度有了很大的衰减，这很大程度上是由于TMD装置在地震作用下产生了作用，使得场地表层的反应大大减小，从而保护了场地上低矮的刚性建筑结构。从图2.3中可以看出，在设置TMD装置的场地中，结构的振动变的十分缓慢，绝对位移曲线也更为平滑。
3小结
本章在对场地中设置TMD和减震沟的两种方法进行了有限元动力分析，在分析中发现：
（1）通过本章的分析，对于在场地中设置TMD装置的被动调谐减震，当其自振频率和场地的基频相等时，其减震效果是显著的。但由相关文献[1]可知，由于一种基频TMD装置往往只对一种振型的减震效果显著，要想完全衰减各个振型的振动，常常要需要多个TMD相互合作。但通过本章的分析可以发现，被动调谐控制减震方法对地基隔震是适用的，是可以深入研究并发展的。
参考文献：
[1]周福霖.工程结构减震控制[M].地震出版社,1997.
[2] 李爱群.工程结构减振控制[M].机械工业出版社,2007.
[3]卢华喜,梁平英,尚守平.基于土-结构动力相互作用的结构隔震研究[J].铁道科学与工程学报,2009(1): 25~30
论文作者:刘凯
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/22
标签：结构论文; 加速度论文; 地基论文; 场地论文; 模型论文; 装置论文; 动力论文; 《基层建设》2018年第1期论文;