巨-子结构层间隔震体系性能研究

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本文以巨-子结构层间隔震体系为研究对象,利用静力弹塑性方法对该结构体系的减震性能和破坏模式进行评估,同时结合模拟振动台试验对该结构体系在近断层速度脉冲地震动作用下的地震响应影响规律进行研究。(1)先从基础隔震体系入手,选择适用于基础隔震结构的侧向力加载模式,建立基础隔震结构pushover曲线,通过改进FEMA440中等效阻尼比的计算公式并引入隔震弹塑性反应谱作为需求谱,提出一种考虑隔震层等效阻尼比的静力弹塑性分析方法,并给出了简化的分析过程和算例。结果表明,所提出的方法操作简单且能满足工程精度,其位移误差在10%-26%以内,且能够较好地预测结构塑性铰的发展趋势,有利于隔震技术在实际工程中的推广应用。(2)采用常规pushover方法(考虑隔震层等效阻尼比的静力弹塑性分析)和改进的模态pushover方法对某典型层间隔震结构进行分析,并将结果与动力时程分析做对比,以考察所选pushover方法对层间隔震结构的适用性和准确性。在此基础上对一典型巨-子结构层间隔震体系模型根据其动力特性选择合适的pushover方法进行抗震性能分析。结果表明,改进的模态pushover分析能较好地评估层间隔震结构整体楼层的位移响应;利用改进的模态pushover对巨-子结构层间隔震体系进行分析得到结构整体性能较好;根据塑性铰的发展过程判断巨-子结构层间隔震体系的屈服机制为:主结构转换梁端部?隔震支座底部梁?主结构柱?子结构梁。(3)利用MATLAB建立巨-子结构层间隔震体系和抗震体系的数值仿真分析模型,输入向前方向性效应和滑冲效应这两类不同产生机理的速度脉冲天然地震动记录,并将主结构和子结构的质量比作为变量,计算分析巨-子结构层间隔震体系在速度脉冲地震动作用下的地震响应。结果表明,随着结构质量比的增大,结构的减震效果更好,可达到63.48%;速度脉冲效应会使得巨-子结构层间隔震体系产生更大的位移反应;滑冲速度脉冲地震动对主结构顶层位移反应的影响略大于向前方向性速度脉冲的影响,略大4.8%;而向前方向性速度脉冲效应比滑冲速度脉冲效应对隔震层位移影响更大,平均大12.15%。(4)对巨-子结构层间隔震体系和巨-子结构抗震体系进行地震模拟振动台试验,分析在不同地震动影响下巨-子结构层间隔震体系减震效果方面上的差异,揭示速度脉冲型地震动对巨-子结构层间隔震体系结构反应的影响规律,同时利用SAP2000建立理论分析模型,与振动台实测模型的动力特性和地震响应结果对比,完善对相关规律和特性的认识。结果表明,隔震的子结构对主结构具有明显的调谐减震的功能,同时子结构自身又与基础隔震的减震机理相似,能有效降低整个结构的动力响应,减震效果可达到20%-60%;结构在含有速度脉冲地震动作用下的地震位移反应更大;滑冲效应使巨-子结构层间隔震体系的主结构位移、子结构位移分别增大1.38、1.29倍,而方向性效应使其隔震层位移增大1.53倍;数值分析和试验实测的数据有一定的误差,但变化趋势相同。
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