多层框架结构层间隔震有限元分析.pdf

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1、任小朋等：多层框架结构层间隔震有限元分析81多层框架结构层间隔震有限元分析任小朋，高建华(四川建筑职业技术学院．四川德阳618000)【摘要】层间隔震技术是抗震防护技术的热点话题之一，它通过在工程结构的某一结构层设置隔震层，隔离由地面运动产生的能向上部结构输送，从而使工程结构在地震作用时避免遭受强烈的晃动，减少了隔震层上部结构的地震响应，因而达到了预先设计的抗震防护的目标。本文以一栋6层框架隔震结构建筑和传统的抗震设计建筑为算例，采用时程分析法分析层问隔震结构抗震效果。分析结果表明，层架隔震方案的抗震效果均优于传统方案。【关键词】框架结构；层间隔震

2、；地震波；有限元分析；ABAQUS【中图分类号】TU352．12【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)07—0081—03地震给人们带来了无数次惨重的灾害，采取经济、高120mm，混凝土强度等级C30，该建筑所在地区抗震设防烈效、可靠有利的抗震措施降低地震造成的损失，保障人类生度按照规范规定为8度，该地区设计的基本地震加速度为命的安全等方面取得了一定的进步。传统的抗震结构强度0．20g，规范规定的地震分组为第二组，该地区属于Ⅱ类场地。高、刚度大、柔性差，遭到地震作用时由于自身延性差，很容易发生致命性的破坏，即便在在地震中没有倒塌

3、，震后修复工作也十分困难，成本很高。与传统设计相比，隔震设计有更多的优势在更低的成本和更好的抗震能力，隔震设计已经成功地应用在许多类似被地震重创的地方，大多数的重T丰十I二一FI=-=呻}I二一．{呻I二一{辛I=_二一}申I=_=-=}I=二一丰_申-建区域都位于高强度地区，考虑到不确定性的地震和特定性能的重要建筑物(学校建筑和生命线系统等)，对于重建屯画出盘的重要建筑来说，隔震设计是一个不错的选择。图1建筑平面图层间隔震技术通过在工程结构的某一结构层设置隔震层，阻碍地面运动产生的能量向上部结构输送，从而使上部(2)隔震支座布置方案(图2)。结构

4、避免遭受强烈晃动，因而达到了抗震防护的作用实验(3)地震波数据。本文选择了两种地震波，实际记录结果表明，预期原有结构相比，隔震结构地震反应获得极大的EL．Centro、Taft地震波，见图3、图4。的降低J。1建模要点从有限元分析层间隔震的研究，ABAQUS软件建立模要点：①结构采用三维建模，结构中采用梁单元来代表梁和柱子输入，采用壳单元代表楼板输入，采用弹簧单元代表隔震装置输入；②地震过程中ABAQUS结构自重的施加方式总体上讲为：以Gravity形式施加结构自重(Load)，然后再施加boundarycondition地震加速度输入；③结构各构

5、件除隔震支座为非线性外，其余均为线性；④隔震支座采用弹簧单图2隔震支座布置图元定义，考虑u1、u3两个方向的非线性变形，按照GB5001l一2010《建筑抗震设计规范》12．2．4第3条规定宜取值40o输入。2oo本文采用等效方法将钢筋混凝土材料等效为一种横O观各向异性材料，大大减少了计算。一20o2隔震结构数值模型的建立(1)有限元分析对象。以一座6层钢筋混凝土框架图3EL—Centro波结构作为有限元分析对象，柱网布置如图1所示，柱截面为600×600mm，纵向梁为300×450ram，横向梁为300×(4)3D建模并运算。下面采用3D建模，取

6、正面用600mm，走道处为300X350ram，层高为3．6m，楼厚为Abaqus软件作有限元运算分析，见图5。低温建筑技术2014年第7期(总第193期)构材料属性赋予结构并施加响应的边界条件。主要是分析2Ooo结构的自振特性，确定结构固有频率和振型]。传统抗震、lO0o层间隔震结构前三阶阵型图见图6～图11。⋯．I_JlI』OI⋯‘：本文采用ABAQUS有限元软件结构类型不同的两种体—lo00系行模态分析，前l5阶自振周期如表1和图12所示。由表—2O0o1和图12可知：与传统抗震设计的结构相比，层间隔震结构的自振周期延长了很大。在结构的第一振

7、型时，与传统结图4Taft地震波构自振周期相比，层间隔震的自振周期增加了72．1％。计3模态分析算结果表明，房屋进行了层间隔震设计后结构能自振周期进行模态分析时，无需对施加任何外界荷载，只需将结得到有效的延长，降低地震作用时的结构响应。k．．_27~LJ；州赠瀚慧璧差图53D建模图图6传统抗震一阶模态图7传统抗震二阶模态，萋图8传统抗震三阶模态图9层间隔震一阶模态图l0层间隔震二阶模态下，传统抗震结构顶层加速度最大值为201cm／s，层间隔震结构二层楼层加速度值为256cm／s，大于传统抗震设计结构的二层加速度88cm／s，层间隔震结构隔震层上部加

8、速度降低很多，具有明显的隔震减震效果。羹表1三种结构15阶自振周期图11层间隔震三阶模态4框架结构的动力时程反应分析(1)