地震作用下高层柔性连接连体结构碰撞反应控制及连廊抗塌落分析

柔性连接连体结构是指连接体与主塔楼采用具有一定刚度和阻尼的连接支座进行连接而成的连体结构形式。柔性连接能有效地减小连体结构在地震作用下的扭转耦联反应，也可能导致连接体与塔楼在强震作用下发生碰撞及连廊塌落，而目前有关这方面的研究很少。本项目采用接触单元模拟连接支座附近连接体与塔楼间的碰撞、采用阻尼器单元反映碰撞过程中的能量损失，应用非线性时程方法开展地震作用下柔性连接连体结构碰撞发生的机理、碰撞临界间隙与连体结构动力特性关系的研究；分析碰撞反应对连体结构动力响应的影响，并探讨采用阻尼器作为限位减震措施时，连体结构限位、减震效果与阻尼参数之间的关系；研究在超过设防烈度的地震作用下，连体结构部分连接支座功能丧失、抗塌落拉索开始工作后连体结构动力响应，探明抗塌落拉索的合理布置形式、设计控制参数。

以柔性连接竖向等高和不等高双塔连体结构为研究对象, 分别对其进行7度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，然后以7度罕遇地震作用下的连接支座最大位移作为碰撞临界间隙，将7度罕遇地震动加速度峰值放大，研究在超过设防标准的罕遇地震作用下，柔性连接连体结构在考虑碰撞与不考虑碰撞作用下的地震响应。进一步考虑柔性连接支座一个或两个发生破坏，抗塌落拉索开始参与工作，抗塌落拉索与隔震支座共同支承连廊的双连体结构进行弹塑性分析，分析结果表明：拉索的初始松弛长度主要影响连廊整体重量在拉索与支座间的分配，只要拉索的初始松弛长度选择适当，强震作用下拉索始终处于受拉状态，隔震支座也始终处于受压状态；与只采用隔震支座支承连廊的连体结构相比较，设置抗塌落拉索的柔性连接连体结构支座位移和连廊碰撞力有所放大，各构件的屈服性能水平按破坏程度从强到弱大致为：剪力墙连梁，两端分别与剪力墙和框架柱相连的框架梁，两端与柱相连的框架梁，与连廊连接部分的塔楼框架柱及塔楼底部柱。此外，综合比较了多条地震波激励下结构动力响应，结果表明：只要按照现行《高规》合理进行设计，框架梁、柱屈服性能水平均没有超过生命安全阶段，剪力墙边缘构件屈服仅限于底部加强部位，采用拉索防止连廊塌落技术上是可行的。.柔性连体连体结构由于支座阻尼的存在，整个结构为非比例阻尼结构，随机振动虚拟激励法可在频域精确求解非比例阻尼结构，虚拟激励求解过程可采用相对运动法和绝对位移直接求解法进行求解，在两种求解算法中，阻尼分别假定与内部结点相对速度、绝对速度成比例。两种算法的阻尼假定不同会引起计算结果误差，在瑞利阻尼、单元阻尼模型下，采用随机振动方法对两种算法计算结果误差在频域内进行了理论分析，指出了瑞利阻尼模型下两种算法得出的动态内力功率谱误差由质量阻尼产生，主要受结构阻尼比大小、激励频率与结构基频率比值影响，但刚度阻尼不产生误差。单元阻尼模型下，由于单元阻尼力由单元两节点之间的速度差产生，无论采用绝对位移还是相对位移，单元两节点间的速度差是相等的，故单元阻尼模型下，两种算法计算结果不存在误差。