組合隔震與三維隔震(振)理論及試驗(yàn)研究.pdf

1、1994年美國北嶺地震、1995年日本阪神地震、1999年土耳其伊茲米特地震、1999年中國臺(tái)灣集集地震和2008年中國汶川地震，均產(chǎn)生了重大的人員傷亡和結(jié)構(gòu)破壞。隔震是一種代表性的減震技術(shù)，在新建工程和舊房改造中已廣泛應(yīng)用。隔震通過延長結(jié)構(gòu)自振周期、增加阻尼而避免與短周期為主的地震發(fā)生共振。最近，為減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，隔震技術(shù)也在柔性結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。
　　至今，在城市地鐵和交通運(yùn)輸線旁邊建造了許多建筑，列車的輪軌接觸產(chǎn)生的噪聲和振

2、動(dòng)通過地基傳到附近的建筑,因而降低了居民的生活質(zhì)量。隔震技術(shù)雖然能有效地減小水平地震反應(yīng)，但無豎向減振功能。為降低結(jié)構(gòu)的地震和振動(dòng)響應(yīng)，新型的三維隔震（振）系統(tǒng)有待研究和開發(fā)。
　　目前，我國在減振領(lǐng)域進(jìn)行了豐富的研究工作，大量的論文和文章重點(diǎn)關(guān)注理論研究和隔震改良，然而，在隔震設(shè)計(jì)及應(yīng)用問題等卻缺乏重視。本文對隔震技術(shù)應(yīng)用有關(guān)方面進(jìn)行了研究，包括：
　　(1)推導(dǎo)了隔震結(jié)構(gòu)的諧振響應(yīng)，研究了系統(tǒng)參數(shù)對響應(yīng)的影響，分析了反應(yīng)

3、過程；
　　(2)設(shè)計(jì)了一新型三維隔震（振）支座，對該支座進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。對彈性滑板支座進(jìn)行了試驗(yàn)研究；
　　(3)對5層鋼框架模型進(jìn)行了隔振對比試驗(yàn)、純滑移隔震和組合隔震的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究；
　　(4)采用簡化模型對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了仿真分析；
　　(5)研究并探討了近斷層隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)和隔震設(shè)計(jì)；
　　(6)對隔震設(shè)計(jì)譜進(jìn)行了修正，提出了等效線性預(yù)測方法；
　　(7)介紹了組合隔震技術(shù)、三維隔震（振

4、）技術(shù)的工程應(yīng)用。
　　對于隔震分析，掌握結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)規(guī)律比了整個(gè)反應(yīng)過程更為重要。出于上述目的，第2章推導(dǎo)了單自由度隔震結(jié)構(gòu)模型穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，對于剛性摩擦滯回模型，在自由振動(dòng)和穩(wěn)態(tài)反應(yīng)基礎(chǔ)上，探討了系統(tǒng)的反應(yīng)整體過程。得出了隔震結(jié)構(gòu)的最大反應(yīng)與輸入的最大速度、隔震結(jié)構(gòu)周期和頻比相關(guān)的結(jié)論。
　　第3章介紹了本文研究的隔震和隔振支座，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。三維隔震（振）支座包括聯(lián)接板、豎向隔振體和水平隔震支座。豎向隔振體和水平隔

5、震支座剛度小，可使隔震（振）結(jié)構(gòu)在豎向和水平向的基頻遠(yuǎn)離環(huán)境振動(dòng)和地震的主要頻率。對三維支座進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。另外，彈性滑板支座是組合隔震技術(shù)中重要的隔震支座。本章還對彈性滑板支座進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)、壓剪試驗(yàn)、壓力相關(guān)性能試驗(yàn)和頻率相關(guān)性能試驗(yàn)研究。探討了新型的聚氨酯橡膠支座在隔震（振）中的應(yīng)用。
　　純滑移隔震技術(shù)在國內(nèi)有許多工程應(yīng)用，而該技術(shù)存在罕遇地震中隔震層有很大位移、上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)反應(yīng)和地震后存在較大的不可恢復(fù)位移等缺陷。第

6、4章中，為研究純滑移隔震性能，進(jìn)行了一維、二維和三維的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)采用5層鋼框架模型，兩方向高寬比分別為2.5和5，尺寸相似比為1/4，隔震層由4個(gè)直徑100mm的彈性滑板支座構(gòu)成。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬對比分析。試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果證明了純滑移隔震技術(shù)存在的缺陷。試驗(yàn)還表明，雖然模擬地震試驗(yàn)中，單個(gè)支座的軸力變化大，水平性能不穩(wěn)定，但隔震層的豎向荷載變化相對較小，隔震層的整體滯回性能穩(wěn)定。所以，采用彈性滑板支座和不承壓的橡

7、膠支座的組合隔震技術(shù)是解決純滑移隔震技術(shù)缺陷的有效方法之一，也為較經(jīng)濟(jì)的隔震技術(shù)應(yīng)用提供了選擇。
　　第5章對5層鋼框架模型進(jìn)行了組合基礎(chǔ)隔震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。隔震系統(tǒng)包括4個(gè)低硬度鉛芯橡膠隔震支座和2個(gè)彈性滑板支座，以不同特點(diǎn)隔震支座組合使用達(dá)到降低上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)的目的。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和時(shí)程分析結(jié)果表明，組合隔震技術(shù)能有效減小上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)，且隔震層變形在安全范圍之內(nèi)。
　　第6章對近斷層隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。采用

8、了單周正弦波對速度脈沖記錄進(jìn)行了模擬，并采用第2章的解析法計(jì)算了脈沖模型的反應(yīng)譜。結(jié)果表明，大幅值速度脈沖會(huì)導(dǎo)致隔震層產(chǎn)生過大的變形。對于近斷層隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文提出了雙滑動(dòng)面的滑板支座和彈性限位滑板支座方案。
　　與國外規(guī)范相比，比如美國IBC2003規(guī)范，隔震設(shè)計(jì)時(shí)，我國隔震設(shè)計(jì)規(guī)范主要存在以下兩方面的不同：
　　一，反應(yīng)曲線的長周期段定義為直線段，其結(jié)果是速度譜是直線上升；
　　二，在相似的場地類型，場地特征周期