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时间:2018-12-09
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重庆大学硕士学位论文建筑结构组合基础隔震扭转反应分析姓名:郑猛申请学位级别:硕士专业:工程力学指导教师:肖明葵20120603 关键词:组合基础隔震、扭转、滑动支座、铅芯橡胶支座。 ��������������琣�����������.������������� ���������������� 惨状震惊全世界,伤亡人数多,建筑结构破坏、倒塌严重。通过分析历次震害中���年�拢�拇ㄣ氪ǚ⑸�.�洞蟮卣穑�嘀袷兄行钠渲幸淮�层砖砌体建筑的端部为大开问的客厅,因为承重墙间隔距离较大,结构刚度在平面上分布不均匀,地震时结构产生强烈的扭转效应,该部分在地震中完全倒塌【�。另一方面,随着现代城市建筑的飞速发展,建筑形式早已不拘泥于规则的立方体形,而是越来越丰富多变具有创意,例如北京当代��工程、重庆某地正 在建的超高层建筑、中央电视台主楼、广州新电视塔等建筑,都是属于造型复杂的不规则建筑。滑动支座不具备自动复位能力,隔震层的残余变形很大,并且在罕遇地震作用下隔震层可能产生较大的滑移量。因此,为了让叠层橡胶支座和滑动支座发挥各自的优点,将两者进行组合隔震成为一种新的隔震设计思想,它综合了不同特性的隔震支座的优点,缩小了两种隔震支座单独作用时的限制条件,事实证明能够显����,但是仍然存在一些问题: 的空间特性,即地震动中的转动分量以及水平地震动的空间非同步性会使结构产生扭转振动;二是结构的质量和刚度布置不均匀、不对称,导致结构的刚度中心和质量中心存在偏心。其中,对由地震动本身的转动分量导致结构扭转振动的研究较少,而对后者引起的结构扭转的研究较多,本文也是基于偏心隔震结构进行扭转研究。②对组合基础隔震结构和相应的非隔震结构进行振动台试验对比,分析其隔 重庆大学硕士学位论文⑥研究滑动支座的隔震性能以及摩擦系数对滑移位移的影响。研究得到的主要成果可以概括为:要讨论了隔震层水平刚度、抗扭刚度和隔震层的偏心等对基础隔震结构的影响,胶隔震支座;主要讨论了隔震结构的上部结构周期以及偏心距等,对结构在地震作用下扭转反应的影响,主要结论是:在隔震结构中,隔震层刚度中心的位置是影响结构扭转反应的主要因素,可以通过合理的布置隔震层的隔震支座来减小上部结构的扭转反应,并且,当隔震层具有较高的滞回阻尼特性时,可以减小结构在地震作用下的扭转耦联的影响。 ��隴研究了采用叠层橡胶支座、摩擦滑移支座的基础隔震结构地现在简要例举几处使用组合隔震技术的建设项目:橡胶支座、滑动支座; 重庆大学硕士学位论文性能的影响。③从能量角度分析隔震层各参数对基础组合隔震结构减震效果的影响。 ��引言 我们假设建筑物与地基的连接用摩擦力非常小的材料来代替,那么在水平地现在通过结构的加速度反应谱和位移反应谱来进一步说明隔震结构的隔震原�� ��隔震支座的力学性能的一谚������� ��隔震结构的优越性�采用滑动支座降低工程造价;�隔震技术带来的额外经济效益。 图��根据隔震装置的隔震系统分类���呲遾缀薰≥嘲瓣麓篓匿“:潮露麓雾露§蠹“鬻缀�薄!畄嘲� �普通橡胶支座无耗能能力,铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座具有良好的耗能能�支座具有足够大的竖向刚度和竖向支撑力,而水平刚度小,隔震结构周期可延�拥有稳定的弹性恢复原位功能,地震后能够自动返回原位;�拥有足够的耐久性,支座正常使用时间能够达到�年以上。������暗西笳鹤��包括上支座板、关节式�包括上刚性体、���包括弹性体、��板、穷大,起滑后刚度为零;�体控制,起滑后刚度为零;呸向刚度大,当承受较大�竖向刚度由橡胶体控竖向荷载时应考虑竖向刚制,在建筑结构中用它和 ��引言和刚度中心尽量在一条垂直线上。随着现代建筑的快速发展,结构的质量中心和 重庆大学硕士学位论文用�Γ�硎镜趓层刚片的质心,对于隔震��】����綾】����甴�】�������口拉���.� ——一�蒥�琞�匕相��州反形阡;��的质量矩阵��浚�际嵌越钦螅琜��簂��� ��������供的水平恢复力,�为隔震支座的抗扭弯矩,����������公司开发研制的集成������� 的基本原理和对隔震结构进行运动微分方程求解的方法,对隔震结构的上部结构的模拟见后面章节。图���������单元的力学性能����������’这两个方向上耦合的力一位移关系可由以下公式确定:无����·砭巩������·���·��.� �.��爰恕��蝎一为屈服力;��【�≤����单元的力学性能 需要注意的是,单元不能承受轴拉力,单元的轴压力与单元的摆力和单元的摩擦力成比例,另外单元的轴压力总是非线性的,定义为:摩擦摆隔振单元对“:、甜。每一个方向上的剪切变形自由度,都可以单独的指定线性或者非线性属性,如果这两个剪切自由度均被指定为非线性,那么对于每个剪切变形是摩擦和摆的耦合,即:�、�麓�� 重庆大学硕士学位论文摆的力一变形关系如下:�.�����譬�.�而摆的力一变形公式�.�、�.�的非线性自由度属性不变。 所以非线性单元集中在隔震层,对于这种具有少量非线性单元的结构,使用�,下面对其计算过程进行简要的描述:①基本平衡方程进一步改写为:�������瑊页������粄‰���【��,� 在求解方程式�.���埃�枰<扑阌虢峁购稍叵喙氐恼�焕镒认蛄孔椤劲賋,�式中:��课5ノ痪卣螅琹【,����【�������】,������式中:����①】�页���【①】,���一【①】�‰���劲佟慷 綤�“��,矩有效弹力也可改写为:式中:【吃】是在局部坐标下的非线性单元的线性有效刚度矩阵。通过前面的计算准备,一个典型的模态方程为: ⑤小结以考虑全部四种非线性属性,缺点就是计算速度慢,耗费机时。 重庆大学硕士学位论文爿~⋯�¨、‰“一原实际强震记录的地震加速度曲线和峰值。 ��引言随着现代建筑的发展,为了满足建筑空间的需求和外观的艺术感,建筑师们行了深入研究,并进行结构弹塑性时程分析,判断弹性扭转控制指标对结构弹塑性扭转反应的控制效果,从抗震概念设计、计算分析方法及控制措施等三方面对建筑结构扭转设计方法及控制措施进行研究,并给出设计建议。基于本文分析的结构为隔震结构而非传统抗震结构,所以就用层问位移、层间扭转角以及隔震层耗能等指标来判断组合隔震结构的抗扭性能。 等情况如表��所示。�延愕㏎图��结构平面图�表��偏心框架结构基本参数�设计荷载取值�曜贾�:楼面恒载取���/�,活载取�� 设计软件建立结构有限元模型,主要步骤如下:①定义框架单元的塑性铰即梁、柱的塑性铰,对框架梁的两端指定了主轴方��������对于钢筋混凝土结构基于性能表现的抗震������ 阶模态分析结果如表��所示。情况,分别输出了第�甇�、���、�.����甇�结构弹塑性发展情况。彳��从图中可知:本章所建立的传统抗震偏心框架结构在罕遇地震作用下梁端首 拶�杰缇,历’壤一�图��框架柱的弯矩一曲率滞回曲线�④位移反应为�醯卣鸩ǖ钠骄��和最大层间扭转角。 �����连接单元和��������连接���� ■�一盯傣㈤—�建立模型思路:抗震偏心框架结构完全一样。①模态分析 表��隔震结构模态分析�� ②层间位移和层问扭转角表��结构的最大层间位移�������������� 表��结构的最大层间扭转角��������� 图��给出了地震动总输入能量与滑动支座摩擦系数的关系,从图中可知:随图��地震波作用下隔震结构的总输入能量�至��骥趟����图��地震波作用下隔震层的滞回耗能� 中可以看出,对于多数地震波而言,隔震层的滑动支座摩擦系数越大,上部结构耗能越小。售.蚕一耀祟霎蟋嚣叫���寐匠鞋\\、�≮ —痧金专弋埭匠吵×一��������耀���������表��模型五的隔震支座耗能情况:�堇�旦:兰:垒坚∑�竺�时隗贸室盥�ぃん�翌�皇�呈坚�罾�竺��垒兰�������������������������������� 越大,耗能越大,同一等级的铅芯橡胶支座耗能一样;滑动支座耗能越大。震层滑动支座的布置个数,分别建立如下隔震结构模型:①模态分析刚度越小,隔震层�较虻奈灰圃酱螅琘方向的位移越小; �隔震层刚度偏心越大,隔震层扭转角越大,扭转效应主要集中在隔震层和���������������表��不同滑动支座个数的隔震结构的最大层间位移��和最大层间扭转角�������.� �震层的滞回耗能量随着滑动支座布置个数的增大而略微增大。 —口口������������—����本章小结①隔震层隔震支座的布置要避免刚度偏心,并且隔震支座的刚度分布也要均匀,否则隔震结构的第二振型将带有较大的扭转属性、平扭耦联效应明显。②无论采用何种隔震支座布置方案,上部结构的层问位移和层间扭转角都非常小,但是隔震层的水平位移和扭转角受到隔震支座布置方案的影响很大。�隔震支座的总刚度越小,水平位移越大,反之则越大;�当铅芯橡胶支座布置方案不变时,滑动支座摩擦系数越大,隔震层的水平 重庆大学硕士学位论文④隔震层的滞回耗能量随着滑动支座摩擦系数的增大而增大,也随着滑动支座布置个数的增加而增大,但是耗能分析具有局限性,有时候仅仅通过能量值来评判隔震结构的隔震效果是不准确的,它仅仅为隔震设计提供一个参考。⑤随着滑动支座摩擦系数的增大,通过铅芯橡胶支座消耗的地震能量在减小,通过滑动支座消耗的地震能量在增加。⑥单个铅芯橡胶支座的耗能大小与其上面的柱子刚度无关,但是铅芯橡胶支座刚度越大,耗能越大,同一型号的铅芯橡胶支座耗能基本一样;单个滑动支座的耗能大小与其上面的柱子刚度有关,柱子截面越大,柱底的滑动支座耗能越大。通过以上结论,可以得出,当采用铅芯橡胶支座和滑动支座进行基础组合隔震时,隔震层的基本布置原则,供工程设计参考: ��引言我国目前对隔震技术的应用方面,更多的应用于中、低层建筑。中、低层建上述分析表明,当合理的布置隔震层以后,对于建筑造型比较规则的高层建 重庆大学硕士学位论文单元考虑了面内弯曲、面内剪切、面外弯曲之问的���猯��①材料非线性属性的定义\�莹\/�� 孓��������������������������������������������甮�型 ���鱼鱼����§���芯橡胶支座改为滑动支座,其摩擦系数为����床贾�个滑动支座; 重庆大学硕士学位论文�����!籣⋯图��无偏心的铅芯橡胶支座隔震结构的隔震层 ①模态分析���������������������� 多遇地震时非隔震结构底层�轴力罕遇地震时非隔震结构底层�轴力��� �对于隔震结构,在罕遇地震作用下,底层墙基本处于屈服前状态,模型一表��、表��分别给出了传统抗震结构和隔震结构在罕遇地震作用下的最大层间位移和最大扭转角。表��传统抗震结构的最大层问位移��和最大层间扭转角�����表��隔震结构的最大层间位移��和最大层间扭转角����� 多数情况下隔震支座总是受压的,但是当隔震结构层数较多、高度较高时,矩,弯矩与轴力叠加以后,部分支座可能会产生拉应力。《行业标准》要求叠层橡胶支座层橡胶支座的竖向极限拉应力很小,而滑动支座几乎不能承受拉应力,所以,在设计时应尽量避免叠层橡胶支座受拉,即使不能避免,也应保证拉应力小于其竖向极限拉应力,如果再不满足的话,则需要在支座处设置如� ������ �耀窭惑赣�②当采用隔震技术以后,底层墙的塑性变形得到了非常好的控制,尤其是当③最大层间扭转角方面:无论采用何种隔震方式,隔震结构的扭转变形都集 ��主要工作针对以上主要研究工作,得到的主要结论如下:①关于偏心框架基础组合隔震结构�隔震层的滞回耗能量随着滑动支座摩擦系数的增大而增大,也随着滑动支 �最大层问扭转角方面:无论采用何种隔震方式,隔震结构的扭转变形都集�从能量角度上看,滑动支座布置个数越多,隔震层耗能越多,上部结构耗能��展望 的研究,给出明确的条文为工程设计提供依据。 赵民、张磊,以及室友陈晓陵、卢建云、王永见、马吉庆、王明也给了我诸多的郑 参考文献�:�—�.�����������������.��.�—�.�����������.�����造.������������������������琋�����.��,�:����. 重庆大学硕士学位论文�甌����現������.������甋.���������������.���������博士学位论文.��.邓又民梁波.等多层框架隔震结构的平移一扭转耦联响应���V锌萍即笱аП�城市科�����������������������������������瓵��������:����.�������甁����������甁��� �甂.���甋����������:����.����������瓵�������:��.�������������:����.���猳���猘�报.��,����缪志伟,陆新征,叶列平.分层壳单元在剪力墙结构有限元计算中的应用【�.建筑结构学 ���.����.����������蔻鼹前雕����憩�%水等效阻尼蔻暇盾尉等效水平等效阻尼屈服箔雕%���%
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