可变摩擦阻尼对橡胶基础隔震结构地震反应影响研究

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近断层脉冲型地震具有明显的长周期速度和位移脉冲运动,作用在长周期的橡胶基础隔震结构时,隔震支座将产生很大的变形,从而极大影响基础隔震结构的抗震性能。为解决上述问题,本文在传统基础隔震体系中,引入位移相关摩擦阻尼器,并对相关问题进行了较为深入系统的研究,主要研究工作和成果为:  1)提出了一种新型的位移相关摩擦阻尼器,与常规定摩擦阻尼器相比,输出阻尼力可随着隔震层的位移实时调节,具有良好的适应能力。在此基础上,建立了通过不同摩擦面提供位移相关变摩擦力的力学模型和水平向地震作用下隔震结构的非线性运动方程。  2)基于上述模型和方程,分别采用谐波平衡法和数值积分法,对位移相关摩擦阻尼隔震结构进行深入分析,指出结构位移响应可近似采用单一谐波来模拟;同时,五层结构的地震反应表明,在常规强震作用下,位移相关摩擦阻尼器在减小隔震层位移的同时,会增加上部结构加速度响应;而在近断层脉冲型地震作用下不仅能够降低隔震层位移,同时也对上部结构的加速度响应影响较小。  3)提出了基于位移相关摩擦阻尼器和橡胶支座并联隔震体系的水平与竖向地震耦合模型,据此建立了水平与竖向地震作用下隔震结构的非线性运动方程。分析表明:考虑橡胶隔震支座的水平与竖向力学性能耦合影响,隔震层水平位移会增加,上部结构顶层加速度的变化则与地震波的类型和幅值有关,但变化幅度不大;在近断层脉冲型地震作用下,结构竖向位移由于包含大幅的低频脉冲信号而显著增加。同时针对阻尼器的低摩擦系数、摩擦系数之比以及正压力这三个主要参数的变化,对隔震层位移和上部结构加速度响应的敏感性进行了讨论。  4)提出了由非线性硬弹簧和摩擦阻尼器串联而成的复合摩擦阻尼系统,建立了隔震结构运动方程,研究表明:复合摩擦阻尼系统能有效降低常规强震和近断层脉冲型地震作用下隔震层位移,对上部结构加速度响应也有良好的减震效果。参数分析指出复合摩擦阻尼系统的最优参数与输入地震波类型和峰值相关,需要综合考虑。  5)针对安装半主动可变摩擦阻尼器的智能隔震结构,提出了一种新型的基于改进平衡逻辑的半主动控制策略,它具有简便实用和鲁棒性能优越的优点。研究了常规强震和近断层脉冲型地震动作用下智能隔震结构的动力响应,指出隔震层位移显著降低,尽管与常规隔震结构相比较,结构加速度响应会增加,但仍然远小于基础固定结构的加速度响应。此外,由于控制算法中增益参数对隔震结构减震效果的影响无明显的规律,建议综合评判,选取能获得均衡控制效果的增益参数。
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