發(fā)布時間：2020-06-03 20:26

【摘要】：隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加速,在創(chuàng)造了巨大財富的同時,地震災(zāi)害所造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失也越來越嚴重。隔震技術(shù)作為一種可有效減小地震響應(yīng)的方法得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。基礎(chǔ)隔震技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)底部與基礎(chǔ)之間布置一個柔性隔震層,減小地震輸入到上部結(jié)構(gòu)的能量,可以有效減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)。但是在超設(shè)計基準地震下,隔震層會發(fā)生過大變形,造成上部結(jié)構(gòu)與周圍擋土墻之間的碰撞,使結(jié)構(gòu)造成損傷甚至上部結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆,影響結(jié)構(gòu)安全性。為此,提出了非平整隔震層曲面隔震結(jié)構(gòu)這一新型隔震結(jié)構(gòu)體系,利用結(jié)構(gòu)曲面運動特性和自身重力效應(yīng)控制隔震層位移,增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,并對這一新型隔震結(jié)構(gòu)體系進行了理論與試驗研究。主要研究工作及成果如下:(1)針對曲面隔震結(jié)構(gòu)體系曲面運動特性建立了曲面隔震結(jié)構(gòu)簡化單質(zhì)點模型,并對該模型進行了理論分析。分析了曲面隔震結(jié)構(gòu)隔震周期與結(jié)構(gòu)徑高比之間的關(guān)系,通過剛度分解建立動力學(xué)方程并對曲面隔震結(jié)構(gòu)加速度傳遞系數(shù)和位移傳遞系數(shù)進行理論推導(dǎo),研究了加速度傳遞系數(shù)和位移傳遞系數(shù)隨結(jié)構(gòu)徑高比的變化規(guī)律,并與平面隔震結(jié)構(gòu)進行了對比研究,最后對曲面隔震結(jié)構(gòu)與平面隔震結(jié)構(gòu)的抗傾覆系數(shù)進行了理論分析。(2)建立了考慮曲面隔震結(jié)構(gòu)繞隔震層曲率中心轉(zhuǎn)動和上部結(jié)構(gòu)繞隔震層中點擺動的單質(zhì)點雙自由度模型,該模型同時考慮了隔震層發(fā)生轉(zhuǎn)動時隔震支座扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對其剛度的影響。通過MATLAB軟件對該理論模型進行編程分析,研究了曲面隔震結(jié)構(gòu)隔震層位移響應(yīng)、結(jié)構(gòu)質(zhì)心處加速度響應(yīng)和隔震支座滯回特性隨結(jié)構(gòu)徑高比的變化規(guī)律。(3)設(shè)計并制作了采用摩擦滑移隔震支座的曲面摩擦滑移隔震結(jié)構(gòu)模型,并進行了小型振動臺試驗,研究其動力響應(yīng)特性。曲面摩擦滑移隔震結(jié)構(gòu)模型分別設(shè)計了R2.5、R4和R7三種不同曲率半徑的摩擦滑移隔震支座,試驗研究隔震層曲率半徑對結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)和位移響應(yīng)的影響,并與平面摩擦滑移隔震結(jié)構(gòu)模型進行了對比試驗。平面摩擦滑移隔震結(jié)構(gòu)模型在試驗過程中隔震層偏移速度快,隔震層殘余變形大,結(jié)構(gòu)無自復(fù)位能力,并且隨著加載加速度峰值的提高,結(jié)構(gòu)傾覆效應(yīng)越來越明顯,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差;曲面摩擦滑移隔震結(jié)構(gòu)模型在振動臺試驗過程中結(jié)構(gòu)偏移速度及隔震層殘余變形相對于平面摩擦滑移隔震結(jié)構(gòu)模型有明顯減小,并且表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)自復(fù)位能力,自復(fù)位能力對結(jié)構(gòu)水平加速度響應(yīng)有較明顯的影響。(4)對采用疊層橡膠隔震支座曲面隔震結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)進行了試驗研究。分別設(shè)計了傾斜角度為4°和8°的傾斜隔震支座,對布置不同傾斜角度隔震支座的曲面隔震結(jié)構(gòu)模型分別進行了水平單向加載、水平+豎向雙向加載、水平雙向加載、水平+豎向三向加載地震模擬振動臺試驗,研究不同加載制度和支座傾斜角度對結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)、位移響應(yīng)、隔震支座滯回性能、隔震層位移等的影響。然后對平面隔震結(jié)構(gòu)模型與非隔震結(jié)構(gòu)模型分別進行了振動臺試驗,與曲面隔震結(jié)構(gòu)模型進行對比分析,研究了不同結(jié)構(gòu)體系模型在地震激勵作用下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的區(qū)別。試驗結(jié)果表明,曲面隔震結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)相對于平面隔震結(jié)構(gòu)有所增大,隨著支座傾斜角的增大加速度響應(yīng)也呈現(xiàn)增大趨勢,但是相對于非隔震結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)大大減小;曲面隔震結(jié)構(gòu)隔震層位移相對于平面隔震結(jié)構(gòu)有所減小,并且隔震層位移衰減速度高于平面隔震結(jié)構(gòu),在地震作用下上部結(jié)構(gòu)可快速恢復(fù)穩(wěn)定。(5)為驗證試驗結(jié)果,采用ABAQUS有限元分析軟件分別建立了支座傾斜角度為4°和8°的曲面隔震結(jié)構(gòu)有限元模型和平面隔震結(jié)構(gòu)有限元模型,對振動臺試驗進行了數(shù)值模擬分析,并將數(shù)值模擬結(jié)果與振動臺試驗結(jié)果進行對比。分析結(jié)果表明,數(shù)值分析結(jié)果所得結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)和位移響應(yīng)時程曲線與振動臺試驗實測曲線相位特性相符,時程曲線吻合良好;數(shù)值模擬所得隔震支座滯回曲線呈現(xiàn)出等效剛度與試驗結(jié)果相符,確認了曲面隔震結(jié)構(gòu)的減震效果。
【圖文】：

圖 1.3 鐘型懸掛隔震結(jié)構(gòu)Fig.1.3 Structural lay-out of a seismic isolated bell-building日本學(xué)者 Nakamura Y 等[50][51][52]提出一種核心懸掛隔震結(jié)構(gòu)體系(CSI)，主由核心支撐結(jié)構(gòu)和懸掛結(jié)構(gòu)組成，在核心支撐結(jié)構(gòu)頂部布置雙層傾斜支座隔層。核心懸掛部分結(jié)構(gòu)為高強混凝土結(jié)構(gòu)，始終處于受壓狀態(tài)；懸掛結(jié)構(gòu)部柱構(gòu)件為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，始終處于受拉狀態(tài)。根據(jù)此設(shè)計方法，日本清水公司東京建成了首棟核心懸掛結(jié)構(gòu)體系隔震建筑。該結(jié)構(gòu)共 4 層，結(jié)構(gòu) 1 層層高.15m，2~4 層層高均為 3m，結(jié)構(gòu)總高度為 18.75m。隔震層底層支座傾斜角度 9.9°，頂層支座傾斜角度為 6.6°。核心懸掛隔震結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖 1.4 所示。

圖 1.4 核心懸掛隔震系統(tǒng)詳圖Fig.1.4 Detailed picture of the core-suspended isolation system2.2 隔震支座研究概況隨著疊層橡膠隔震支座的開發(fā)及其在實際工程中的運用，國內(nèi)外學(xué)者對隔震支座展開了理論及試驗研究。Gent 等（1959,1970,1974）[53][54][55]對橡膠塊的受壓、受彎和受剪等力學(xué)進行了研究。天然橡膠隔震支座是最早開發(fā)的隔震支座之一，，其豎向承載力大，水平可提供類似彈簧特性的柔性剛度，允許水平向發(fā)生較大變形，但是在地震下耗能能力較弱。為提高支座耗能能力，Hwang 等[56]對橡膠材料進行改制出高阻尼橡膠隔震支座，并對這種支座的力學(xué)性能進行了研究。Takayama 和 Morita[57]分別對有鉛芯和無鉛芯的疊層橡膠隔震支座進行
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.12

【參考文獻】

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本文編號：2695351