[论文解读] Performance Enhancement of Soil-Structure Systems Using a Controlled Rocking
本研究探讨了通过控制浅基础的摇摆行为以提升土-结构体系的抗震性能。通过非线性有限元分析，表明旋转行为能显著耗散输入地震能量，尤其是在软土上，从而减少结构损伤并提高高层建筑的韧性。
Application of performance-based design (PBD) in earthquake geotechnical design codes has been gaining attention for the past decade. Strong vibrations (e.g., earthquake loading) may generate an uplift or a partial separation of shallow foundations from the underneath soil. To minimize the damage and keep the superstructure safe from the vibrations, a controlled rocking can be exploited. In this study, a finite element method is used to investigate the effect of nonlinear behavior of foundation geomaterial on the rocking behavior of soil-structure systems. To get a better insight about the rocking behavior of the soil-structure system, nonlinear elastic-perfectly plastic behavior is considered for the simulated geomaterial of the foundation. Next, a parametric study, using a wide range of geomaterials with different stiffness values, is conducted in accordance with high-rise structures with different configurations. The results indicate that a significant proportion of the input energy is dissipated by deploying rotational behavior of shallow foundations especially for the structures on softer geomaterials.
研究动机与目标
- 评估通过控制浅基础摇摆行为对土-结构体系抗震性能的提升效果。
- 研究基础岩土材料的非线性行为对动力荷载下摇摆响应的影响。
- 量化具有旋转基础行为的土-结构体系中的能量耗散机制。
- 评估不同岩土材料刚度对高层结构动力响应的影响。
- 为基于性能的地震工程设计提供控制摇摆基础的设计洞见。
提出的方法
- 采用有限元法（FEM）模拟考虑非线性行为的土-结构相互作用。
- 采用非线性弹性-理想塑性本构模型模拟基础岩土材料。
- 在广泛的岩土材料刚度值范围内开展参数化研究。
- 在动力地震荷载下分析具有不同配置的高层结构。
- 跟踪能量耗散和基础抬升响应以评估摇摆效果。
- 使用输入能量与耗散能量比值评估性能提升。
实验结果
研究问题
- RQ1控制浅基础的摇摆行为如何影响土-结构体系中的能量耗散？
- RQ2岩土材料刚度对摇摆行为和抗震性能有何影响？
- RQ3在地震激励下，基础抬升在多大程度上可减少结构损伤？
- RQ4土体材料的非线性行为如何影响体系的动力响应？
- RQ5在软土上，控制摇摆能否显著降低结构上部输入的能量？
主要发现
- 相当大比例的输入地震能量通过浅基础的旋转行为耗散。
- 能量耗散在软岩土材料上最为有效，此时摇摆可显著降低结构需求。
- 控制摇摆机制可减少高层结构的峰值底剪力和层间位移。
- 基础土体中的非线性材料行为通过塑性变形和抬升进一步放大能量耗散。
- 参数化结果表明，基础摇摆对刚度较低的岩土材料体系更为有效。
- 本研究证实，控制摇摆可作为基于性能抗震设计中有效的被动能量耗散机制。
更好的研究，从现在开始
从阅读论文到最终审阅，大幅缩短您的研究时间。
无需绑定信用卡
本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。