層間隔震體系的減震機(jī)理與減震性能研究.pdf

1、層間隔震體系(Inter-story isolation system)是在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的工程實踐中發(fā)展起來的一種新型隔震結(jié)構(gòu)形式,它將隔震裝置設(shè)置在建筑物兩樓層之間進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的控制。目前,在我國層問隔震技術(shù)仍處于萌芽試用性階段,有一部分的加層減震加固結(jié)構(gòu)以及剛度豎向突變結(jié)構(gòu)(下部框架平臺上部塔樓住宅)的工程應(yīng)用實例,但對層間隔震體系的工作機(jī)理與減震性能仍缺乏專門系統(tǒng)地研究。
　　 與基礎(chǔ)隔震相比,層間隔震體系的隔震層位置

2、相對較高,隔震層的破壞可能是災(zāi)難性的,需要對其動力可靠度進(jìn)行細(xì)致的研究。同時,由于隔震層位置的上移,體系的動力特性發(fā)生變化,一般由兩個振型起控制作用,層間隔震體系對隔震層下部子結(jié)構(gòu)的減震效果有限,有必要混合其他控制裝置來進(jìn)一步提高體系的整體抗震性能。
　　 本文系統(tǒng)地研究了層間隔震體系當(dāng)隔震層位置變化時其相應(yīng)的減震工作機(jī)理。利用層間隔震體系的兩質(zhì)點簡化模型,從其頻譜動力特性著手,提出了基于基底剪力最小準(zhǔn)則的層間隔震體系參數(shù)優(yōu)化方

3、法。通過對非線性層間隔震體系的隨機(jī)振動分析,揭示了層間隔震體系的上、下子結(jié)構(gòu)頻率比、隔震層屈服后剛度比以及隔震層的屈服位移等參數(shù)對隔震層下部子結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移和累積損傷耗能的影響,得到了一些有意義的結(jié)論。
　　 基于能量平衡的原理,推導(dǎo)出了層間隔震體系的隔震層總剪力、隔震層最大變形以及基底剪力的地震響應(yīng)預(yù)測式,通過分析地震輸入能量在結(jié)構(gòu)當(dāng)中的分配和耗散,闡述了層間隔震體系自身的減震特點。同時,提出了設(shè)計用能量譜的概念,擬合了符合二

4、類場地能量譜且具有原始地震記錄相位特性的人工模擬地震波,并利用時程分析方法驗證了預(yù)測響應(yīng)的精度。
　　 以某實際工程為背景,建立了層間隔震體系的隨機(jī)響應(yīng)以及動力可靠度分析模型。采用虛擬激勵法進(jìn)行隨機(jī)響應(yīng)分析,并與Monter Carlo法模擬計算的結(jié)果進(jìn)行了對比。為了和我國抗震規(guī)范的“兩階段,三水準(zhǔn)”設(shè)計原則相呼應(yīng),同時實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計的目標(biāo),在算例中分別計算了“小震”和“大震”下層間隔震體系的條件失效概率,以及50年設(shè)計基準(zhǔn)期

5、內(nèi)的體系總體失效概率。分析討論了一些主要設(shè)計參數(shù)對層間隔震體系動力可靠度的影響,并與非隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比。
　　 為了進(jìn)一步提高層間隔震體系的整體抗震性能,提出在層間隔震體系中附設(shè)不同的被動、主動或半主動控制裝置,構(gòu)成了新型的混合層間隔震控制體系?？紤]隔震支座的非線性,利用基于廣義Newmark積分方法和Matlab中的SIMULINK模塊,編寫了整個非線性混合隔震減震體系的仿真分析程序。通過某實際工程算例,系統(tǒng)地研究了這種新型

6、混合層間隔震控制體系的有效性,并比較了不同控制策略時的減震控制效果。
　　 最后,本文提出基礎(chǔ)隔震與層間隔震并用的雙層隔震結(jié)構(gòu)形式作為控制大高寬比高層建筑地震響應(yīng)的一種方法,并分別給出了隔震層為線性和非線性情形的參數(shù)設(shè)計方法。雙層隔震體系在進(jìn)一步延長結(jié)構(gòu)自振周期的同時,將傳統(tǒng)基礎(chǔ)隔震層的變形分配到兩個隔震層中,降低了隔震支座出現(xiàn)拉應(yīng)力的可能,避免發(fā)生傾覆失穩(wěn)破壞,解決了隔震技術(shù)在高層建筑上應(yīng)用的某些局限性。通過合理設(shè)置中間隔震層