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2013年第5期·45·第39卷总第175期SichuanBuildingMaterials2013年10月DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2013.05.023双向水平地震作用的基础滑移隔震结构反应分析武梦雅,王梦圆(安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001)摘要:本文采用SAP2000有限元分析软件,对基础了需求,因此,本文在此基础上重点讨论双向水平地震作[2]滑移隔震结构分别进行水平单向和双向的EI-centro地震用下的基础滑移隔震结构反应。波输入,分析结构的地震反应。结果表明,当考虑双向水1动力分析模型平地震作用时,基础滑移隔震结构的支座位移明显增大,上部结构的层间位移比较小且无明显变化,加速度虽变小文章以一基础滑移隔震五层剪切型结构为例,考虑双但是变化幅度也比较小。因此,在实际工程应用中应该考向水平XY向地震作用。假设楼板为刚性楼板,隔震层和虑双向水平地震作用对支座位移的影响。上部结构各层的形心、质心和刚心均重合,无偏心,取各关键词:滑移隔震;SAP2000有限元软件;双向水平层质量为mi,有三个方向自由度uxi、uyi、uθi。对于一般的地震结构,动力平衡表达式为:中图分类号:TU311．3文献标志码:A‥·‥[M]{u(t)}+[C]{u(t)}+[K]{u(t)}=-[M]{u(t)}g文章编号:1672-4011(2013)05-0045-02‥‥式中,{u(t)}为地面运动加速度向量;{u(t)}、g·{u(t)}、{u(t)}分别为结构相对于地面运动的加速度、速度Analysisonstructurewithslidingbase-isolation和位移向量。underbi-directionalhorizontalearthquake对于基础滑移隔震结构,分为两个基本部分隔震层和WuMengya,WangMengyuan上部结构,随着地震动输入的强弱及动力反应状态的变化,(Anhuiuniversityofscienceandtechnology,huainancityinanhui体系处于啮合和化冻状态不断交替中。当体系处于啮合状province,232001,China)态时,基底与基础无相对滑动,其动力方程与一般结构的相同。当处于滑动状态时,隔震层存在恢复力,此时结构Abstract:Thisarticleanalyzestheresponseofstructure体系的动力方程分为上部结构和隔震层两部分,表达式引withslidingbase-isolationbySAP2000finiteelementsoftware,自文献[5]。whileinputinghorizontalunidirectionalandbidirectionalseismicwaverespectively.Theresultsindicatethat,whenconsidering2结构概况bi-directionalhorizontalseismicaction,thedisplacementof图1为基础滑移隔震结构有限元模型,上部结构为五supportincreasesobviously,thedisplacementbetweenlayers层钢筋混凝土框架结构,层高为3m,框架梁柱选用C30混andaccelerationhasnoobviouschange,theaccelerationdecrea-凝土,截面分别为300×600(mm)和500×500(mm),柱距6sesalittle.Therefore,bi-directionalhorizontalseismicactionm,框架板选C20混凝土,厚度为120mm。结构的支座采effectsonthedisplacementofsupportshouldbetakingintocon-用25个滑移隔震支座,对称布置。地震作用下结构的自振siderationinthepracticalapplication.周期见表1。Keywords:slidingbase-isolation;SAP2000program;bi-directionalhorizontalearthquake0前言滑移隔震的概念早在19世纪末由日本学者提出,其基本的原理就是在地震作用下,结构基底与支承面之间相对滑移,可部分消耗地面的地震能量,削弱地震能量向上传5递,有效减小上部结构的层间位移和内力。目前,对于滑4移隔震的方向研究大多局限于单个水平方向地震分量,但3是实际地面运动是比较复杂的,有六个方向分量同时与各个分量存在耦合关系,单向的地震分量研究早已经满足不2ZYX作者简介:武梦雅(1990-),女,安徽蚌埠人,在读研究生,研究方向:1工程结构抗震。基金项目:安徽省教育厅自然科学基金重点项目(KJ2009A141);安图1基础滑移隔震结构有限元模型徽省人才专项基金项目(2008Z033) ·46· 2013年第5期2013年10月SichuanBuildingMaterials第39卷总第175期表1隔震结构自振周期关于结构的位移反应,主要分支座位移和上部结构层阶数周期/s振动方向阶数周期/s振动方向间最大位移两个部分讨论。上部结构的各层间最大位移见12．063X向平动40．433X向平动表2,支座位移见表3。双向地震输入情况下,支座的位移22．063Y向平动50．366Y向平动不能简单的进行平方求和,至于计算方法各国的规范规定也不尽相同,本文主要比较FEMA-273和GB50011-200131．877绕Z轴转动60．366绕Z轴转动分别规定的两种方法。本文主要分析结构在EI-centro地震波作用下的反应。表2上部结构层间最大位移EI-centro波的NS向和EW向的峰值加速度分别为341．7,单向输入双向输入210．1cm/s2,其时程曲线如图2所示。双向水平地震分量地震波方向单向X单向Y双向X双向Y[6]的加速度峰值按1∶0．85的比例调整,X向输入EI-centro层间最大位移/mm7．556．316．425．97地震波的NS向分量,Y向输入EI-centro地震波的EW向分[1]量。场地峰值加速度按八度罕遇地震(400gal)考虑。分表3支座位移析工况有:①DX,单向X输入,峰值调整系数为11．7;②单向输入FEMA-273GB50011-2001DY,单向Y输入,峰值调整系数为19．0;③DXY,水平双地震波方向X向Y向X向Y向X向Y向向输入,峰值调整系数分别为11．7和16．2。支座位移/mm42．457．959．7770．6264．9668．2由表2~3可知,上部结构的最大层间位移比较小,这是因为滑移隔震的隔震效果使得上部结构呈一个整体平动,层间位移自然比较小。支座位移虽然用两种方法的计算结果不同,但是在双向地震输入后都明显大于单向输入的情况。4结论(a)EL-centro波X向本文对基础滑移隔震结构在分别单向和双向水平EL-2200)centro地震波输入情况下进行地震反应分析,研究在实际应22100用中应该如何考虑双向地震作用,可得到以下结论:mm/s2000（/1)双向输入的加速度均小于单向输入的情况,并且加19001800速度反应在一定范围内呈K型分布,但是变化幅度不大。加速度17002)上部结构的层间最大位移无明显的变化。012345单向Y21012014.81933.11957.21982.52007.83)支座的位移在双向地震作用下明显大于单向地震作双向Y21011998.71876.51901.41915.22003.9用,因此实际应用中应该考虑双向地震作用对支座位移的影响,不应忽略。(b)EL-centro波Y向图2各层质心加速度峰值[ID:000661]参考文献:3双向地震反应分析[1]董启暖,陈青来.el-centro地震波作用下的金属滑移隔震支座本文主要讨论结构的加速度反应和位移反应,至于其系统减震性能分析[D].济南:山东大学,2011.他的地震反应如滞回曲线等不做详细讨论。[2]郑妮娜,李英民.考虑双向水平地震作用的结构范围的界定3．1加速度反应[D].重庆:重庆大学,2003.在单向X、单向Y及双向XY的EL-centro地震波作用[3]朱玉华,吕西林.滑移摩擦隔震系统在多向地面运动作用下的下,结构各层加速度反应见图2,其中0层表示地面的加速试验研究[J].地震工程与工程振动,2002,2(5):77-84.度。由图2可知,不论X向还是Y向,单向和双向地震波[4]蔡康锋,唐月,李玉荣.基础滑移隔震研究与应用现状[J].混输入后,结构各层的加速度反应是不一样的,明显看出,凝土与水泥制品,2011,38(9):59-60.双向X、双向Y的加速度均小于单向的情况,这是因为在[5]周福霖.工程结构抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.双向地震输入时,两个方向存在耦合作用,支座会较早进[6]王建强,姚谦峰,李大望.基础滑移隔震结构双向地震反应分析入滑动状态,能够较好地隔离地震作用,并且加速度反应[J].振动与冲击,2011,24(4):84-88.[6]在一定范围内呈K型分布。3．2位移
