地震作用下楼板隔震建筑结构抗震性能研究

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地震是最主要的自然灾害之一,地震作用会造成建筑物破坏及人员伤亡,传统的抗震技术主要通过增大结构构件尺寸和配筋率来提高建筑结构的抗震性能,但越来越多的地震灾害使人们意识到传统抗震技术具有一定局限性,当实际地震动强度超过设计强度后,建筑物在地震作用下会发生严重破坏,因此抗震性能更好的隔震结构逐渐得到应用。楼板隔震结构将楼板通过支座与梁、柱隔离作为TMD子结构,既避免了结构额外附加质量块,又能有效发挥TMD的调谐减震作用,能有效降低结构的地震响应,达到提高结构抗震性能的效果。隔震支座只需承担楼板自重和楼面上的荷载,与基础隔震结构相比,大大减小了隔震支座承担的竖向荷载。楼板与梁隔离消除了楼板对梁的加固作用,有利于实现“强柱弱梁”的设计原则,因此,对楼板隔震结构进行深入研究是十分必要的。本文在楼板隔震结构的已有研究基础上,从隔震楼板与相邻柱的碰撞作用入手,提出在隔震楼板与相邻柱之间设置粘滞阻尼器以避免两者碰撞,建立了减震率和归一化的地震响应评价指标,通过对阻尼器参数、隔震楼板的设置方式、隔震支座力学性能及隔震楼板与相邻柱的间距等的参数分析,对楼板隔震结构的减震效果进行了研究。具体研究内容和成果如下:(1)以两层单跨框架结构为研究对象,将一层楼板设置为隔震楼板,通过调整隔震楼板与相邻柱的间距,利用ABAQUS有限元软件对传统抗震结构和楼板隔震结构进行8度罕遇地震作用下的动力时程分析。结果表明,当隔震楼板与相邻柱的间距d取值较大时,两者不会发生碰撞,此时的楼板隔震结构具有较好的减震效果,并且楼板与梁隔离消除了楼板对梁的加固作用,有利于实现“强柱弱梁”的设计原则;当隔震楼板与相邻柱的间距d取值较小时,两者会发生碰撞,导致结构加速度瞬时增大,并产生较大侧移,楼板对柱子的撞击造成柱子发生严重损伤,使结构整体发生破坏,不利于“强柱弱梁”的实现;(2)为避免随机地震动作用下隔震楼板与相邻柱的碰撞作用,本文在两者之间空隙处设置粘滞阻尼器,限制隔震楼板的位移,避免隔震楼板位移过大对柱子产生撞击,动力时程分析结果表明,设置粘滞阻尼器能够有效减小隔震楼板的位移,避免隔震楼板与柱发生碰撞作用,使隔震结构具有良好减震效果,结构整体损伤明显减小;(3)以8层框架结构为例,选取铅芯橡胶支座作为隔震支座,利用SAP2000软件对传统抗震结构和楼板隔震结构进行非线性动力时程分析,研究了粘滞阻尼器的阻尼系数C和速度指数α、隔震楼板的设置方式、隔震支座的力学性能以及隔震楼板与相邻柱的间距d对隔震结构减震效果的影响。结果表明,存在最优的阻尼系数C和速度指数α取值,使得隔震结构减震效果最优;隔震楼板设置在高楼层、采取靠近结构中心布置的方式时隔震结构的减震率更好;随隔震支座刚度的增大,隔震结构的楼层加速度逐渐增大而楼层位移和剪力逐渐减小;隔震结构地震响应随隔震楼板与相邻柱间距d的增大而增大,但变化不明显。
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