本文针对大跨结构隔震研究现状,以解决三维地震响应强烈结构的隔震为出发点,重点探讨了三维复合隔震技术。结合大跨结构的动力特性和地震响应特征,提出了竖向控制策略；设计了一种新型的摩擦-弹簧三维复合隔震支座,并对实物支座的隔震性能进行了振动台试验研究,依据试验结果建立了实用的理论计算模型。最后将其应用于三维地震响应较为强烈的大跨维修机库中,确定了最优隔震控制方案,分析了支座的隔震效果。 本文的具体研究工作和成果如下： (1)开发了一种新型的摩擦-弹簧三维复合隔震支座,解决了大跨结构的竖向隔震问题。新开发的支座水平向采用聚四氟乙烯平板摩擦滑移装置,水平复位由并联弹簧提供回复力实现；在竖向,则利用螺旋弹簧或碟型弹簧调整支座的竖向刚度以满足部分隔震的要求；同时,竖向多组弹簧的采用使支座具有良好的转动能力,且通过构造设计使支座具有合理的抗拔能力。 (2)建立了摩擦-弹簧三维复合隔震支座的理论模型。依据概念设计建立了支座的理论模型,对竖向隔震的可行性进行了深入探讨,提出了竖向刚度的计算公式。同时给出了水平与竖向关键参数的计算方法,对影响参数的主要因素进行了系统分析,提出了支座设计的基本方法和步骤。 (3)设计加工了实物支座。根据概念设计和理论模型分别设计和加工了三种支座：水平摩擦滑移支座(HFB)、摩擦-弹簧三维复合隔震支座(3DSIB-HS)和摩擦-碟簧三维复合隔震支座(3DSIB-DS)。实际支座从构造上解决了支座的竖向抗拔和转动问题,对于空间结构具有较强的适用性。 (4)对实物支座的水平与竖向隔震性能进行了振动台试验研究。为同时测试水平与竖向动荷载作用下支座的隔震性能,设计了一种由液压伺服仪与振动台同步加载的试验方案,并对试验装置进行了创新性改造。然后对三类支座分别进行了承载力测试与隔震性能动力试验,对比分析了竖向压力、竖向刚度、水平滑移速度、输入激励等参数对支座隔震性能的影响。试验结果表明,摩擦-弹簧三维复合隔震支座具有良好的隔震性能,试验结果与理论模型具有较好的吻合。 (5)建立了隔震结构的计算模型。依据支座的理论模型与试验结果,对整体分析时应用于隔震结构的支座进行了参数化分析,建立了实用计算模型。在水平向采用双线形模型与Bouc-Wen模型均能较好地模拟支座的滞回特性。此外,结合现有有限元分析程序中的隔震单元,建议在对隔震结构整体分析时,支座的水平向可分别选择摩擦单元与弹簧单元并联来模拟其水平隔震行为；对3DSIB-HS支座,其竖向可等效成具有一定刚度的弹性单元；而3DSIB-DS支座,其竖向可通过线性化参数即等效阻尼比与等效刚度描述。 (6)以大跨网架结构维修机库作为隔震对象,系统分析了其动力特性和地震响应特征,为结构隔震设计创造条件。分析表明,该类结构的动力特性复杂,三向地震响应均较为强烈,其中以三向同步输入时最为显著。因此,当采用隔震方案时宜优先考虑三维复合隔震,可采用本文开发的隔震支座。 (7)对大跨网架结构维修机库进行了隔震研究。基于机库结构的静力作用特征、动力特性和无控地震响应特征,设计了两种3DSIB支座,建立了隔震结构的分析模型和动力方程,确定了最优控制方案,分析了结构地震响应特征。分析表明,采用摩擦-弹簧三维复合隔震支座后,结构的动力特性得到了明显改善,其轴力响应与加速度响应具有较大幅度的减小,且支座位移可控制在设计范围内。