高层装配式隔震结构抗震性能研究

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随着我国城市化进程的快速进展,城市住宅的需求数量与质量正与日俱增。与当前我国广泛应用的现浇混凝土结构相比,现代装配式工业化建筑具有诸多显著优点。因此,装配式工业化建筑的大量应用成为了现代住宅建设工业化的重要特征之一。工程隔震减震技术是半个世纪以来地震工程与结构工程领域最具创新性的研究成果之一,它突破了传统消极“硬抗”式的被动式抗震设计方法,是一种主动的“以柔克刚”式的结构设计新对策。在现代装配式工业化建筑中应用先进的隔震减震技术,不仅适应了我国住宅商品化程度日益增长的要求,也满足了业主对住宅产品抗震安全不断提高的需要,代表了我国未来住宅建设的重要发展方向之一,具有重要的“里程碑”意义和广阔的市场前景。基于以上良好的工业前景,本文展开了把高层隔震技术应用于现代装配式工业化建筑中研究,具体做了以下几方面的内容:首先,本文对一实际高层装配式结构进行了7度设防烈度下的隔震设计,并对隔震层在罕遇地震作用下进行了承载力验算。在考虑罕遇地震时隔震支座最大水平位移所带来附加弯矩的影响情况下,对隔震层进行了结构设计修改。其次,结合大量国内外装配式框架节点的相关研究资料,提出了两种适用于高层装配式隔震结构隔震层的新型装配式梁柱节点。根据前述实际结构隔震层的典型梁柱中节点配筋设计制作了一个新型装配式节点和一个现浇节点,对其进行了低周反复荷载试验。通过对比试验结果研究其破坏形态、滞回特性、位移延性、耗能能力、承载力以及刚度退化等抗震性能,为工程实践应用提供参考依据。第三,针对高层装配式层间隔震结构的在罕遇地震和超大地震作用下隔震层上、下部结构有可能进入塑性变形状态以及高层层间隔震的特殊性等问题,在同时考虑隔震层及其上下部结构的非线性基础上,采用非线性分析软件Perform3D建立了三维非线性纤维单元模型,根据工程实际施工图配筋选用合理的材料本构模型和计算方法,对某实际高层装配式层间隔震结构和抗震结构进行了对比分析,结果表明,应用隔震技术后,高层建筑在罕遇地震时,隔震层上、下部结构仍处于弹性状态,减少了大震后对受损建筑的维修工作。隔震后结构的绝对加速度响应显著降低,有利于保证建筑内人员的舒适度和设备的正常使用功能。最后,通过增量动力分析(IDA)对高层隔震结构在超大地震作用下的破坏失效模式进行了初步探讨。通过对隔震层水平变形位移、隔震支座受拉及受压应力、最大层间位移角等极限IDA曲线分析得出,结构最大弹塑性层间位移角出现在隔震层的上一层,破坏首先发生在隔震层及上部一到两层的框架梁构件上,并随着地面峰值加速度(PGA)的增加,上部结构的塑性变形沿楼层向上发展。对于本文所分析的高层装配式隔震结构(其特点是底部一层为框剪结构,隔震层上部楼层为框架结构,构件配筋在节点区构造较复杂)的破坏失效模式控制因素是最大层间位移角。
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