隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

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CMYK工程试验与研究隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析张文雷劲松（西南科技大学土木工程与建筑学院）【摘要】隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度，因此，隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000，建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型，分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应，对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明：隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响，合理选取支座刚度，从而取得更好的隔震效果。【关键词】基础隔震；水平刚度；SAP2000；反应谱分析；动力时程分析1引言...式中，x，x，x分别为地震时地面水平加速度、速ggg...基础隔震就是在基础与上部结构之间设置具有一度和位移；x，x，x分别为地震时上部结构的水平加sss定刚度和阻尼的隔震层，减小地震作用对上部结构的地速度、速度和位移。Ds为基础与上部结构之间的相对位震反应，并通过隔震层吸收、耗散一部分地震能，从而保移，即隔震层的位移；M为上部结构的总质量；K、C分别[1、2]证建筑结构以及内部仪器、设备的安全。基础隔震具为隔震层的水平刚度和等效阻尼，而且该阻尼值近似取有广泛的应用，适用于我国地震多发带以及地震高烈度为隔震结构体系的总阻尼。[3]地区的中、低层砖混房屋和钢筋混凝土结构中。近三式1两边同除以M，并记隔震体系的固有频率为十年来，我国学者通过广泛的理论和试验研究，已验证ωn、隔震层与上部结构的阻尼比为ζ。则方程式（1）可了在框架结构中采用基础隔震技术可以有效降低其水简化为：平地震反应。....22本文在此基础上，进一步研究了铅芯叠层橡胶支座xs+2ζωnxs+ωnxs=2ζωnxg+ωnxg（式2）对中低层框架结构水平隔震效果的主要影响参数和影KC其中，ωn=，ζ=响规律。通过考虑铅芯叠层橡胶支座水平刚度的变化，姨M2Mωn..对某框架结构进行了一系列隔震参数分析，给出了铅芯用ω表示场地特征频率，并记地面加速度反应xg叠层橡胶支座设计参数对水平隔震效果的影响规律。这iωt=e，引入传递函数H姨ω，姨则隔震体系的上部结构地些规律对实际工程的应用具有一定的参考意义。..iωt震动加速度值x=H姨ωe姨。s2单质点隔震体系的动力分析....把x、x代入式（2），可得到基础隔震结构体系的gs对于中低层建筑物，当采用基础隔震时，由于隔震动力响应传递函数为：层的水平刚度远小于上部结构，故地震作用时隔震体系..2的水平侧移主要集中在隔震层，上部结构的层间位移相H姨ω姨=xs=1+姨2ζω/ωn姨..222对较小，近似看作整体平动，因此，中低层隔震结构体系xg姨姨1-姨ω/ωn姨姨+姨2ζω/ωn姨可简化为单质点体系进行动力分析[4]。（式3）由此，可列出基础隔震体系在地震作用下的动力微为了得到结构在采用基础隔震技术后，地震作用时分方程：的加速度和位移响应。分别记Ra、Rd为隔震结构的加速....度响应衰减比和位移响应放大比[5]，则：Mx+Cx+Kx=Cx+Kx（式1）sssggRa=H姨ω姨 CMYK工程试验与研究..xs=..xg21+2ζω/ωn=222姨1-ω/ωn+2ζω/ωn2x-xgω/ωnRd==x22g2图2三维隔震分析模型姨姨1-ω/ωn+2ζω/ωn由Ra、Rd的表达式可知，当场地特征周期确定后，隔表1隔震支座性能参数Y=100%的特征值震支座的水平刚度和阻尼比的合理选取，直接决定了隔设计承有效支座竖向震结构的隔震效果。型号载力直径高度刚度等效屈服屈服后等效/KN/mm/mm/KN·mm-1刚度力刚度阻尼比/KN·mm-1/KN/KN·mm-1/%3基础隔震结构的分析模型LRB60042416002332445见下文90.292926.5本算例为5层钢筋混凝土基础隔震框架办公楼，隔利用有限元分析软件SAP2000，分别建立支座水平震支座采用铅芯叠层橡胶支座。建筑物平面尺寸为刚度K取1000、1500、2000、2500、3000（刚度单位为39.0m×16.8m，每层层高3.3m，结构总高度16.5m。抗震KN/mm）时的隔震模型，对多遇和罕遇地震作用下的自振设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第二组，Ⅱ类周期、基底剪力、顶层加速度、层间位移、支座位移等分场地土，场地特征周期为0.4s。框架柱截面尺寸为别作对比，以此来分析支座水平刚度变化对水平隔震效600mm×600mm及500mm×500mm，主梁截面尺寸为果的影响。300mm×700mm及300mm×800mm，楼板厚120mm，混凝土首先，通过模态分析，得到不同水平刚度下的前三强度等级C30，钢筋HRB400。每根框架柱与基础连接处阶自振周期，如表2所示。设置1个隔震支座，结构平面布置如图1所示。表2前三阶自振周期对比（单位：s）K=1000K=1500K=2000K=2500K=3000振型序号KN·mm-1KN·mm-1KN·mm-1KN·mm-1KN·mm-1第一振型2.772.302.021.831.70第二振型2.752.271.991.801.67第三振型2.492.051.801.631.50由表2可知：随着隔震支座水平刚度的增大，隔震体系的自振周期逐渐减小。4.1多遇地震作用下对比分析通过反应谱分析，来考虑不同刚度隔震结构在多遇图1结构平面布置图地震作用下的地震响应。得到如图3～图6的结果。由图3～图5可知：多遇地震作用下，随着支座水本文采用大型有限元软件SAP2000进行建模分析，平刚度从1000KN/mm增加到3000KN/mm，隔震结构的基模型中的梁、柱单元采用程序中的框架单元模拟，楼板底剪力从1660.79KN增加到2562.52KN，增大幅度为采用膜单元模拟，采用连接属性中的RubberIsolator54.3%；顶层加速度从399.84mm/s-2增大到非线性连接单元来模拟铅芯叠层橡胶支座，考虑U2，U3674.10mm/s-2，增大幅度为68.6%；支座位移从69.24mm两个方向的非线性变形[6]。三维隔震分析模型如图2所减小到35.65mm，减小幅度为48.5%。示。隔震支座的性能参数如表1所示，其水平刚度在后由图6可知：多遇地震作用下，随着隔震结构的支文讨论给出。座水平刚度的增加，层间位移也逐渐在增大，增幅约为4支座水平刚度变化对水平隔震效果的60%影响分析4.2罕遇地震作用下对比分析 CMYK工程试验与研究利用有限元分析软件SAP2000，对模型进行罕遇地震下的非线性时程分析，采用EL-Centro波，对比隔震效果。如图7～图10所示。由图7～图9可知：EL-Centro波作用下，随着支座水平刚度从1000KN/mm增到3000KN/mm，隔震结构的基底剪力是先增大后减小；顶层加速度是逐渐增加；顶层位移是先减小后增大；支座位移是先增大后减小。由图10可知：EL-Centro波作用下，随着隔震结构的支座水平刚度的增加，层间位移也逐渐在增大，增幅图3多遇地震作用下基底剪力图7EL-Centro波作用下基底剪力图4多遇地震作用下顶层加速度图5多遇地震作用下支座位移图8EL-Centro波作用下顶层加速度图6多遇地震作用下不同刚度的层间位移图9EL-Centro波作用下支座位移 CMYK工程试验与研究大尺寸圆钢管混凝土柱爆炸试验研究李鹏王宏伟(广州大学土木工程学院）【摘要】为了研究大尺寸圆钢管混凝土柱的抗爆性能，通过四根圆钢管混凝土柱试件的现场爆炸试验，得到跨中位移时程曲线，分析了柱的位移变化，且研究了钢管壁厚和炸药当量对圆钢管混凝土柱抗爆性能的影响。结果表明：（1）随着钢管壁厚的增加，试件的跨中最大位移较明显减小；（2）随着炸药当量的增加，试件跨中最大变形显著增大。【关键词】圆钢管混凝土柱；爆炸荷载；炸药当量1引言的冲击速度有直接的关系，且试件受冲击后在冲击端的[5]变形最大。孙建运对所提出的等效单自由度模型进行随着社会的进步与发展，人民的生命财产时刻遭受了验证，并通过数值模拟，研究了8根钢骨混凝土（SRC）着各样的威胁，其中爆炸恐怖袭击造成的损失是巨大柱在48种爆炸冲击荷载下的动力特性。瞿海雁等[6]采的。所以现今社会建筑结构抗爆性能的提高越来越得到用CONCRETE-DAMAGE-REL3的混凝土材料模型，钢管采人们的重视。而钢管混凝土构件能够充分发挥钢和混凝用随动硬化模型，进行了数值模拟，研究表明该材料模土各自的优点，并且钢管混凝土构件具有构件承载力型能够较好地模拟混凝土材料在高速加载情况下的性[1，2,3]高，塑性、韧性好等优点，且能够有效地抵御爆炸荷能。Hao和Cui[7,8]采用数值模拟和试验分析的方法，对载。因此，研究爆炸荷载作用下钢管混凝土的性能变化流固耦合状态下的有缺陷简支柱动态弯曲性能进行了具有十分重要的现实意义。研究，分析了柱的长细比及荷载作用时间对柱抗爆性能[4]在现今的研究中，张望喜等采用φ57mm轻气炮的影响。上述研究成果证明了钢管混凝土柱具有较好的对8根钢管混凝土柱进行了冲击试验，结果表明，在冲抗冲击、抗爆性能，然而针对大尺寸钢管混凝土柱的试击荷载作用下钢管混凝土柱的残余和应变变化与弹体验研究文献尚不多见。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!避开场地特征周期，且基底剪力、顶层加速度以及层间位移都会增大，大大降低了隔震效果甚至不满足规范要求；水平刚度过小，地震作用时支座位移就会较大，可能导致隔震支座破坏或者容易造成结构的倾覆失稳。因此，需综合多方面因素，合理选取隔震支座的水平刚度。本案例水平刚度K应取2000KN/mm左右。●【参考文献】[1]周福霖.隔震耗能减震和结构控制技术的发展和应用[J].世界地震工程,1989,4:16-25.图10EL-Centro波作用下不同刚度的层间位移[2]商昊江,祁皑.基础隔震技术在中国的研究与应用[J].福建建筑,2007,38(9):28-29.约为250%。[3]孙佳伟.采用隔震装置的框架结构抗震性能分析[D].安徽:合肥工业大学,2010.5结论[4]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社,1997.[5]栗增欣,董煜.框架结构基础隔震分析[J].建筑结构,2013,隔震支座的水平刚度是基础隔震结构分析的重要43(S2):395-398.因素，对隔震结构的隔震效果有着至关重要的影响。水[6]北京金土木软件技术有限公司.SAP2000中文版使用指南平刚度大，结构的自振周期就会降低，从而不能有效的[M].北京:人民交通出版社,2012.