考虑支座转角影响的地基不均匀沉降基础隔震结构地震响应分析

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地基不均匀沉降是一种典型的工程灾害,严重影响结构正常使用甚至危及结构安全,国内外学者对此做了大量研究工作。由于隔震层水平刚度较小,隔震结构构造形式特殊,上部结构底部所受约束作用远小于抗震结构,地基不均匀沉降所引起的隔震结构响应也与抗震结构有较大差异,导致关于抗震结构地基不均匀沉降的已有研究成果无法完全适用。因此非常有必要对地基不均匀沉降条件下基础隔震结构的地震响应进行研究。本文对比分析了有无初始转角的橡胶隔震支座的水平刚度,并采用MATLAB对其进行参数分析,分析初始转角对隔震结构整体性能的影响,并进一步通过SAP2000进行有限元模拟分析,研究隔震支座局部变形响应与支座应力损伤情况。本文主要研究成果如下:(1)基于Haringx等效柱模型,在无转角隔震支座水平刚度的基础上,考虑端部转角对隔震支座力学性能的影响,并根据简化模型,对只考虑底端产生转角的橡胶支座进行了转角大小与水平刚度变化的关系Kθ=K(1+tan θ),水平刚度变化趋势总体可分为两个阶段:随着隔震支座转角的增大,隔震支座的水平刚度增大;当支座转角接近π/2时,隔震支座水平刚度迅速增长,趋近于无穷大,此时,隔震支座丧失隔震效果,原隔震结构退化为抗震结构。(2)研究了地基不均匀沉降条件下整体基础隔震结构响应特征,随着隔震支座初始转角的增大,隔震支座的水平刚度增大,从而减弱了隔震支座的水平变形能力,进而导致隔震层和顶层的加速度逐渐增大,结构的地震响应显著增大。随着隔震支座转角的逐渐增大,隔震层和顶层水平位移均显著减小,且提前达到静止平衡状态,但隔震层以上的结构刚度并未发生明显变化,上部结构接近平动。其次,通过对有初始转角的隔震支座进行时程分析,计算隔震结构与非隔震结构各层层间剪力比,随着隔震支座的转角增大,隔震结构与非隔震结构的层间剪力比逐渐增大,致使结构的自振周期减小,结构底部剪力增大,进而导致水平减震系数β增大,结构的隔震能力逐渐减弱。(3)通过对不同沉降区施加等幅增加沉降量进行动力时程分析,对于发生沉降以后的基础隔震结构,在罕遇地震作用下,对上部结构的响应应予以重视;随着沉降区域位置的改变,隔震支座动力响应也会有不同程度的影响,边角区域发生不均匀沉降时对于隔震支座的影响最为显著,支座变形随着沉降量的增加而增大。随着沉降量的增加,结构内部隔震支座更易受到受拉破坏失去承载能力,当结构内部区域发生沉降时比发生在结构边界时隔震支座更易受拉破坏失去承载力。
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