长周期地震动作用下高层隔震结构的地震响应与控制分析

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随着我国经济增长以及隔震技术日益成熟,我国隔震结构逐渐普及并向高层隔震结构过渡,而目前隔震结构设计分析基于常规短周期地震动,忽略了低频成分丰富的长周期地震动影响。高层隔震结构因其较大的自振周期,在长周期地震动作用时易产生不同程度的共振,使结构产生较大地震响应。因此,需要对长周期地震动作用下高层隔震结构的地震响应及控制措施进行分析研究。本文主要包含以下研究内容:(1)从PEER数据库选取了60条长周期地震动与15条常规地震动记录。首先对其地震动幅值及傅里叶谱进行了分析,对比差异之处。其次,从同类型地震动个体之间以及各类型地震动平均值之间两个角度,对加速度反应谱、速度反应谱及位移反应谱进行对比分析。从反应谱角度解释了为何隔震结构受到长周期地震动作用时,会有极大可能性产生远大于常规地震动的地震响应。(2)通过ETABS建立一栋18层高层基础隔震结构,使用快速非线性分析(FNA)法,对结构进行了75条地震动作用下的弹性动力时程分析。对75条地震动引起的隔震结构基底剪力进行数理统计,通过平均值、中位数、标准差与变异系数等,对结构基底剪力的集中趋势与离散程度进行比较分析。此外,对隔震层与上部结构的地震响应进行分析研究。隔震层的地震响应分析主要包括隔震层水平位移以及隔震支座拉压应力状态,其中隔震支座拉压应力状态通过各支座拉压应力平均值以及75条地震动各自引起的隔震层最大拉压应力进行分析。(3)选取代表各自平均水平的15条常规地震动与长周期地震动,使用直接积分法对隔震结构进行弹塑性动力时程分析,对罕遇烈度下各类型地震动作用下结构响应进行对比,包括隔震层水平位移、隔震支座拉压应力状态、层间位移角、及上部结构塑性发展状态,并以此分析结构破坏类型。(4)采取黏滞阻尼器与组合隔震支座对隔震层水平位移与隔震支座受拉超限进行控制,并对结构进行弹塑性动力时程分析。隔震层控制效果通过水平位移与支座拉压应力分析,上部结构控制效果通过层间位移角降幅、塑性铰发展以及能量耗散角度来分析控制措施的有效性,结果表明黏滞阻尼器与组合隔震支座的联合使用,能有效控制隔震结构在长周期地震动作用下的地震响应。
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