層間隔震體系的減震機理與減震性能研究.pdf

1、層間隔震體系(Inter-story isolation system)是在基礎隔震結構的工程實踐中發(fā)展起來的一種新型隔震結構形式,它將隔震裝置設置在建筑物兩樓層之間進行結構地震反應的控制。目前,在我國層問隔震技術仍處于萌芽試用性階段,有一部分的加層減震加固結構以及剛度豎向突變結構(下部框架平臺上部塔樓住宅)的工程應用實例,但對層間隔震體系的工作機理與減震性能仍缺乏專門系統(tǒng)地研究。
　　 與基礎隔震相比,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難性的,需要對其動力可靠度進行細致的研究。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構的減震效果有限,有必要混合其他控制裝置來進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隔震層位置變化時其相應的減震工作機理。利用層間隔震體系的兩質點簡化模型,從其頻譜動力特性著手,提出了基于基底剪力最小準則的層間隔震體系參數優(yōu)化方

3、法。通過對非線性層間隔震體系的隨機振動分析,揭示了層間隔震體系的上、下子結構頻率比、隔震層屈服后剛度比以及隔震層的屈服位移等參數對隔震層下部子結構的最大側移和累積損傷耗能的影響,得到了一些有意義的結論。
　　 基于能量平衡的原理,推導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預測式,通過分析地震輸入能量在結構當中的分配和耗散,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測響應的精度。
　　 以某實際工程為背景,建立了層間隔震體系的隨機響應以及動力可靠度分析模型。采用虛擬激勵法進行隨機響應分析,并與Monter Carlo法模擬計算的結果進行了對比。為了和我國抗震規(guī)范的“兩階段,三水準”設計原則相呼應,同時實現結構性能設計的目標,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年設計基準期

5、內的體系總體失效概率。分析討論了一些主要設計參數對層間隔震體系動力可靠度的影響,并與非隔震結構進行了對比。
　　 為了進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不同的被動、主動或半主動控制裝置,構成了新型的混合層間隔震控制體系。考慮隔震支座的非線性,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,本文提出基礎隔震與層間隔震并用的雙層隔震結構形式作為控制大高寬比高層建筑地震響應的一種方法,并分別給出了隔震層為線性和非線性情形的參數設計方法。雙層隔震體系在進一步延長結構自振周期的同時,將傳統(tǒng)基礎隔震層的變形分配到兩個隔震層中,降低了隔震支座出現拉應力的可能,避免發(fā)生傾覆失穩(wěn)破壞,解決了隔震技術在高層建筑上應用的某些局限性。通過合理設置中間隔震層