滑移隔震结构位移的响应计算.pdf

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1、滑移隔震结构位移的响应计算刘超宝，郭辉(西安建筑科技大学粉体工程研究所建材设计院，陕西西安710055)摘要：滑移位移是滑移隔震结构设计必需考虑的一个重要指标。本文通过有限元动力时程分析，研究了摩擦系数、结构基本周期对滑移位移的影响，以便为滑移隔震结构设计提供参考依据。关键词：滑移隔震结构；摩擦系数；结构基本自振周期中图分类号：TU31文献标识码：A文章编号：1672—4011(2010)04—0056—02CalculationoftheDisplacementResponseonSlidingIsolatedstructureLIUChaobao，GYIHui(SchoolofCivilE

2、ngineering，Xi'anUniversityofArchitecture&Technology，Xian710055，China)Abstract：Slidingdisplacementisanimportantindexinthedesignofslidingstructure．Bytransientdynamicfiniteele-mentanalysis，frictioncoefficientandthebasicnaturalperiodofthestructurearestudiedinthispapertoanalyzetheiraffectionondisplacemen

3、tofsliding，SOthatitCanbethereferenceforthedesignofslidingstructure．Keywords：slidingisolatedstructure；frictioncoefficient；thebasicnaturalperiodofthestructure0前言基于消能和滤波原理的基础隔震技术从根本上改变了传统抗震设计方法依靠增加结构承载力、强度进行“硬抗”的思想，从而达到全面降低结构动力响应的目的¨。J。本文利用ANSYS对结构在地震作用下的滑移位移进行分析，归纳对比各种参数对滑移位移量的影响规律，从而为滑移隔震结构设计提供参考依据。1

4、动力分析的条件及计算模型瞬态动力学分析是用于确定承受任意的随时间变化荷载的结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷，瞬态载荷和简谐载荷的随意组合下的的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。瞬态动力学分析的基本运动方程是：[M]{x}+[C]{x}+[K]{x}={P}式中：[M]=质量矩阵；[C]=阻尼矩阵；[K]=．刚度矩阵；{王}-节点加速度向量；{x}．节点速度向量；{x}．节点位移向量。在任意给定的时间t，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力[M]{x}和阻尼了[C]{x}的静力学平衡方程。根据摩擦滑移隔震体系的特点，对

5、摩擦滑移隔震结构作如下假定：①上部结构为线弹性体，剪切变形；②房屋基底与基础之间的摩擦系数动静状态时分别保持常量，但是静止时和滑动时的最大摩擦系数比值设定为1．2，并符合库仑摩擦定律；③仅考虑水平地震作用。当结构所受的惯性力小于极限摩擦力时，结构基底与基础之间处于啮合阶段，结构只发生上部弹性变形；当结构所受的惯性力超过极限摩擦力时，结构基底与基础之间处于滑移阶段。结构的动力分析模型见图1。图I有限元分析模型2摩擦系数对滑移位移量的影响选用常用的四条著名地震波，ELCentro波、Taft波、迁安波和天津宁河波，考虑地震烈度分别为7度、8度和9度时结构的地震响应。摩擦系数(分别取0．2、0．15

6、、0．1和0．07。不考虑复位向心机构，为纯摩擦基础隔震系统。计算结果见表1。表1不同地震烈度罕遇地震作用下滑移隔震结构响应特性(单位：m)斗O．2O．15O．10．07烈度地震波123l23l23l237度隔震层最大佗移(m)0．8900．2740．220·l：4020．4790．2361．8930．9300．3242．3431．3010．5058度隔震层最大位移(In)1．53l0．4370．0421．8040．669O．1362．4001．046O．3172．8121．2“0．3549度隔震层最大位移(m)0．5480．94lO．0630．7051．270O．1440．9751．6880

7、．2341．2991．87l0．408注：lELCentro波；2Taft波；3迁安波由计算结果可知，在任何地震烈度下，摩擦系数越小，度值的大小和方向是随时间交替变化的，因此隔震层上下隔震层的滑移位移越大，规律性很明显。由于地震波加速摩擦滑移运动的大小及方向也随时间变化。当摩擦力小于滑移摩擦力时趋于稳定。没有复位向心机构时，将有一残余位移。残余位移与加速度峰值并不成比例。从数据上分析可得，位移的大