论文部分内容阅读
我国是世界上地震发生最频繁的国家之一,其中广大地区的民居受震害严重。为防止地震对建筑物的破坏,目前常采用传统抗震方法,即消极被动地增强上部结构的抗震能力。但传统抗震方法造价高,抗震效果没有积极主动的隔震技术效果好,加上装配式房屋节点连接强度比现浇房屋更低,导致装配式房屋比传统现浇房屋的抗震性能更差。因此本文基于耗能原理,对装配式民居的基础隔震技术进行研究。根据文献显示,常破坏建筑物的地震波为水平向地震波,竖向地震波相对较少,因此本文针对装配式民居的上部结构与基础之间的连接构造技术进行优化和改进,在现有滑移式隔震装置的基础上,研发出利于装配式建筑推广与装配率提升、隔离水平向地震波的新型装配式柔性隔震装置。本文在隔震结构周期延长,结构反应会有所降低的理论基础上,采用ANSYS软件建立仿真模型,针对多层装配式民居中连接节点尤为薄弱的钢筋混凝土框架结构民居,进行了有无基础隔震结构时的民居动态响应分析、新型装配式柔性隔震装置构造的确定以及循环往复位移荷载下的耗能性分析,并通过振动台隔震性能缩尺模型试验,探究装置隔震效果。研究结果表明:(1)在El-Centro波、兰州波及唐山人工波等三种7度罕遇地震波分别作用下,由装配式民居的模态分析得,隔震民居的第三阶自振周期是非隔震民居的2.88倍,相差最大,表明抗扭转效果提升最为明显;其次是第一阶自振周期相差大,为2.57倍,表明抵抗平动位移变形效果也较为明显。隔震民居层间位移、层间位移角都明显小于非隔震民居,并且在兰州7度罕遇地震波作用下,隔震结构可继续处于弹性层间位移角限值1/550以内,而非隔震结构已超过限值进入塑性状态,表明此隔震民居在兰州波作用下,隔震效果最良好;装配式民居顶部的最大加速度均远小于非隔震装配式民居,其中在兰州波作用下,顶部最大加速度为最小值,表明此隔震民居在兰州波作用下,隔震效果最良好。(2)在装配式民居工程背景基础上,通过文献调研可知,现有隔震装置具有构造复杂、成本高昂、耐久性差、不方便维修与替换等缺点,因此进行了相应的改进,提出了一种新型的装配式柔性隔震装置,根据滚动隔震摩擦原理,选择了钢球、U形软钢、钢板进行装配式柔性隔震装置的设计,通过理论计算分析确定了装配式柔性隔震装置的具体构造及详细参数。(3)对柔性隔震装置进行拟静力循环往复位移加载数值分析,可知隔震装置具有一定的初始刚度,并且滞回曲线饱满,耗能性良好,当位移加载至最大幅值42mm时,隔震装置的等效水平刚度为3.4kN/mm,最大耗散能量为17041.2 J,等效阻尼比为20.32%,并且随加载位移的增加,耗能性不断提升,加载结束后,装置仍具有一定的水平刚度。与北京建筑大学程蓓等人对U形钢棒阻尼器橡胶隔震支座的研究对比,结论具有一致性。(4)采用几何相似原则,通过1:3的振动台隔震性能缩尺试验,对上部为直径8mm的钢框架和直径为12mm的两层钢框架,进行唐山人工波、El-Centro波及兰州波等三种7度罕遇地震波下的柔性基础隔震与非隔震试验。通过试验结果可知,除兰州波外,对于同一种上部结构、同一种罕遇地震波来说,上部每层结构的隔震最大加速度均小于相应层数的上部结构的非隔震最大加速度;随层数增加,最大加速度逐渐增加;上部刚度越大的结构,加速度峰值越小,表明上部结构与隔震结构共同作用时的隔震效果更好。对于直径为8 mm的上部钢框架结构,唐山人工波和El-Centro波分别作用下,整个框架结构的平均最大加速度值分别可降低21.55%和17.73%,兰州波作用下,最大加速度没有降低;对于直径为12 mm的上部钢框架结构,兰州波、唐山人工波和El-Centro波分别作用下,整个框架结构的平均最大加速度值分别可降低39.21%、35.96%和14.64%。综上隔震装置在某些情况下具有一定的隔震效果,其隔震效果与不同的上部结构和不同的地震波有关。