组合隔震结构地震响应及耗能影响分析

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基础隔震是通过在基础和上部结构之间设置某种隔震装置来延长结构的自振周期,减小地震能量向上部结构的传递,从而降低结构的地震响应。目前,常用的隔震装置有铅芯橡胶支座,摩擦滑移支座以及组合隔震装置。其中,组合隔震即是根据不同类型隔震装置的特点,将两种或两种以上类型的隔震装置按照一定的方式组合在一起形成新的隔震体系。摩擦滑移支座具有承载力高、耗能性好的优点,滑动后侧向刚度几乎为零,铅芯橡胶支座可以提供震后自动复位能力,这两种支座的结合使用,是一种常见的组合隔震方式。地震对结构的作用实际上是一种能量的传递、转化、消耗的过程,组合隔震体系在地震作用下的能量响应直接影响到结构的安全性。因此,研究地震发生时能量的输入和消耗,可以更清楚地认识隔震层设计参数对隔震结构减震效果的影响,这对于正确估计组合隔震体系的抗震性能,以及在实际工程中的设计使用具有重要的指导意义。本文以某六层框架结构为例,借助SAP2000有限元软件建立隔震结构分析模型,以摩擦承压比和摩擦系数为研究对象,对比分析了组合隔震结构在地震作用下的动力响应,及其对结构耗能的影响,为组合隔震技术的推广提供一定的参考。具体主要工作内容如下:(1)阐述了基础隔震的减震原理、铅芯橡胶支座和摩擦滑移支座的力学性能,给出了本文研究的组合隔震支座的恢复力模型,并对组合隔震体系的动力方程进行分析求解,为后续的模拟分析提供了理论基础。(2)建立了传统抗震结构、铅芯隔震结构、组合隔震结构三种分析模型。对比分析三种结构的动力特性及地震作用下的楼层加速度、层间位移、基底剪力等性能指标,验证组合隔震体系的减震效果。对罕遇地震下的铅芯隔震体系和组合隔震体系的隔震支座进行了位移验算、拉压应力验算、抗风验算,检验隔震层布置的合理性。结果表明:两种隔震技术的支座布置均满足规范要求,而且组合隔震体系在合理的布置下,可以达到比铅芯橡胶支座隔震体系更好的减震效果。(3)在分析组合隔震体系的地震响应基础之上,进一步基于能量角度,以能量的输入和耗散为两个研究对象,分析了摩擦承压比和摩擦系数两个关键设计参数对组合隔震体系的输入能量和耗能比的影响。结果表明:当摩擦承压比取值0.24~0.48,摩擦系数取值0.04~0.1时,组合隔震体系可以取得较好的减震效果。
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