基于ANSYS分析新型滚轴隔震支座结构体系.pdf

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1、第12期广东土木与建筑No．122008年l2月GUANGD0NGARCHITECTURECIVILENGINEERINGDEC2Oo8基于ANSYS分析新型滚轴隔震支座结构体系朱大鹏张扬扬(广东寰球广业工程有限公司广州510130)摘要：提出一种新型双层滚轴隔震支座，运用有限元软件ANSYS中已有的单元进行组合，采用双线形非线性弹簧模拟双层滚轴隔震支座模型，并以某4层混凝土框架结构为例，建立层间剪切模型进行时程分析，研究双层滚轴隔震支座的隔震效果．研究结果表明该双层滚轴隔震支座能有效地解决建筑结构的基础隔震问题。关键词：基础隔震；ANSYS；时程分析1引言2隔震支座数值模

2、型建筑结构地震反应的隔震技术已在我国得到较本文的隔震支座采用图2的双线形随动强化恢广泛的应用．从目前的理论和实践效果来看。橡胶隔复力模型，图3为ANSYS中的复合弹簧阻尼单元。震支座技术是较为成熟的．可以说现代隔震结构能图中K、K分别为两弹簧的刚度，C为单元阻尼，FS．进入实用化阶段．叠合橡胶结构部件的出现起了很LIDE为屈服力．M为单元质量，GAP为单元间隙，I、J大的作用但由于常规的橡胶隔震支座性能的限制，为单元节点号隔震支座数值模型由向复合元(包使得常规的隔震技术存在一些较难克服的缺点]．含1个非线性弹簧和1个线性阻尼器)、Z向复合元如抗拉力不太高．制造质量要求高．与

3、其它材料粘贴(包含1个非线性弹簧和1个线性阻尼器)、隔震支困难．材料使用经验相对较少．具有蠕变性，隔震层座两端的转动约束组成．其中复合元是同时具有两位移过大等刚度、阻尼、滑板和间隙的复合单元，通过参数的选基于对隔震支座的要求以及参照以往隔震支座择．可模拟双线性恢复力特性。的优缺点．本文设计了一种新型的滚轴隔震支座．如Ql图1．其承重结构是由上下两排垂直放置的滚轴和上中下3层钢承板构成．滚轴由履带连接．使它们形成厂。整体协同工作在隔震支座的四周设置橡胶板，其一主要目的是使橡胶板与半环形软钢阻尼器共同作用／一r形成软碰撞隔震支座在竖向能承受巨大的荷载，水平向刚度很小，能很好地发

4、挥隔离水平地震的作用。图2双线形恢复力模型图3双线形隔震支座模型3上部结构在ANSYS中的模拟方式上部结构采用层间剪切模型．以1个楼层为基本单元．把每层的竖向构件合并为l根竖杆．用楼层的图1双层滚轴隔震支座等效剪切冈0度作为竖杆的层刚度，并将全部恒、活荷为了研究该双层滚轴隔震支座的有效性．本文载按一定比例组合后就近集中于各层楼盖处作为一使用有限元软件ANSYS]中已有的单元进行组合．个质点．从而形成“串联质点系”振动模型。采用双线形非线性弹簧模拟双层滚轴隔震支座模在此模型中采用3Dmass2l单元来模拟集中于型。并以某4层混凝土框架结构为例．建立层间剪切各层楼盖处的质量．该

5、单元是一种有6个自由度的模型进行时程分析．研究其隔震效果点单元，包括、y、Z方向的平动和绕、，，、Z轴的转152008年12月第12期朱大鹏等：基于ANSYS分析新型滚轴隔震支座结构体系DEC2008No．12动。定义单元时根据实际情况确定其只有竖向自由表1水平地震作用下的层间最大位移比较(cm)度；采用弹簧单元CombinationNonlineSpring39来层高ELCentro~(70ga1)ELCentro波(400ga1)罂模拟竖杆，并定义其只有水平刚度，通过参数的输入(m)隔震未隔震隔震未隔震可构建上部结构的三线形恢复力模型。45．10．110．551．383

6、．2O35．10．260．792．135．06本文选用ELCentro波进行时程分析。25．1O．310．972．245．3915．10．151．032．025．404实例分析隔震层0．150．86—5．00一一某大学食堂为现浇混凝土结构．地上4层．建筑设计要求．因此拟采用双层滚轴隔震支座进行处理总长54．6m，总宽22．2m．高21．9m。柱网布置如图4，本文以结构的向为例进行隔震与未隔震的时程分柱截面为500x500抗震等级框架为二级．抗震设防析计算烈度为8度．设计地震加速度值为0．20g。地震分组根据柱截面500x500．初步拟定双层滚轴隔震支为一组，场地土类别为Ⅱ类

7、。各层质量分别为(2237，座尺寸为500x500．各层均采用5个滚轴．滚轴半径2037，2349，1828)t；层高均为5．1m；各层的侧移刚度为20mm．经验算方案中确定的支座尺寸完全满足要为：向(4．48x10，3．68x10，3．68x10，3．64x10)kN／m；求隔震与未隔震结构在多遇地震(70ga1)~罕遇地震y向(4．40x10，4．0xl0，3．95x10，3．83x10)kN／m。(400ga1)作用下的位移和加速度时程如图5-6所示。4．5水平地震作用下的相对位移比较(见表1)TT_r⋯。●