大高宽比高层结构基础隔震应用与耗能研究

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随着隔震技术研究的深入,隔震建筑正向着高层、复杂建筑结构领域发展。然而,对于大高宽比高层隔震结构,其减震效果和破坏形态的研究不够充分,适用于高层隔震结构的减震机理也没有统一的认识。本文首先对一栋大高宽比高层剪力墙结构进行了隔震层设计,并分别进行了中震弹性分析与大震弹塑性分析,通过对结构耗能分析深入研究了大高宽比高层隔震结构减震方式。主要研究内容及成果如下:针对大高宽比高层隔震结构支座拉应力较大、结构易倾覆问题,进行了适用于高层剪力墙结构的厚板转换隔震层研究,提出了新的支座布置原则,并对基本模型进行了设防地震与罕遇地震等效弹性分析。分析结果显示:当设置厚板转换隔震层并采用大直径、大间距支座布置原则时,可使支座压应力更均匀,有效降低支座受拉概率,提高高层隔震结构抗倾覆能力。隔震后,结构自振周期延长为非隔震结构的1.85倍,减震系数为0.43,依据规范规定,上部结构可以按照降低半度的设防标准进行设计。本文对比分析了当结构高宽比、场地类别与设防烈度发生变化时,对大高宽比高层隔震结构的影响。分析结果表明:当高宽比增大时,对支座的拉应力值、出现拉应力支座数量、结构减震系数以及结构位移影响较明显。IV类场地中的高层隔震结构位移最大,减震系数最小;设防烈度越高,上部结构弯曲变形特征越明显,结构抗倾覆能力越低。文中对大高宽比高层隔震结构进行了罕遇地震弹塑性分析与耗能研究。分析了高层隔震结构在遭遇罕遇地震时的隔震层响应与上部结构破坏情况。结果显示:高层隔震结构层间加速度响应呈现K字形分布。隔震层附近楼层的剪力墙有受拉开裂现象,塑性铰数量相比于非隔震结构明显减少。隔震层滞回耗能量一般可以达到与结构模态耗能相当的水平。隔震支座的滞回性能和隔震层顶加速度响应反映了隔震层的耗能水平。提高支座的耗能能力,可提高隔震层耗能所占比例,降低上部结构地震响应。最后,通过提取“滤波时程”,对比分析了隔震层的滤波效果。并通过功率谱密度函数,表征了地震能量在经过隔震层前后的变化,得到了与高层隔震结构减震效果相符的结果,进而验证了“能量过滤”减震原理。
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