村镇滞变型滑移隔震建筑的隔震机理研究

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震害经验表明,村镇建筑抗震能力差,在地震发生时受灾严重,因此提高村镇建筑的抗震能力势在必行,隔震便是一种有效的方法。能量法因其独特的优势在多年的研究中备受关注。在地震作用发生时,能量在滑移隔震系统中的累积情况与隔震层的耗能及上部结构的破坏有很大的关系,较大的累积能量可能会导致滑移隔震系统的破坏。因此,多年来对滑移隔震结构甚至是别的隔震结构的研究多是集中在累积能量上,这是无可厚非的,但正如对传统非隔震结构来说瞬时能量不容忽视一样,其对滑移隔震结构的破坏可能也有很大的关系。在地震作用的过程中,滑移隔震结构隔震层来回滑动的过程是非常复杂的,累积能量和瞬时能量的变化都会影响到隔震层所处的状态,从而影响到了系统的隔震效果。因此,研究村镇滞变型滑移隔震结构的破坏机理需从累积能量和瞬时能量两方面着手。本文采用正交试验的方法分析了地震动特性及结构特性对村镇滑移隔震结构多个累积能量指标的敏感性,提出了能量响应关系谱的概念并对其进行了研究,对累积输入能量谱和综合耗能谱进行了研究,基于传统非隔震结构瞬时输入能量的概念,给出了滑移隔震结构瞬时能量的定义,将滑移隔震结构瞬时输入能量最大值出现的时段与瞬时综合耗能最大值出现的时段进行了对比,揭示地震作用下滑移隔震系统能量的瞬时变化情况,最后对瞬时输入能量谱进行了研究。围绕以上内容,本文主要做了如下工作:(1)针对滞变型滑移隔震结构的耗能特点,提出了综合耗能比的概念,采用正交试验的方法,分析了地震动特性及结构特性对滑移隔震结构累积输入能量、综合耗能比、摩擦耗能比和隔震层位移量的敏感性。结果表明:上述响应指标对上部结构自振周期和隔震层摩擦系数较为敏感,对隔震层屈服之前的刚度与上部结构的刚度比、上部结构与隔震层的质量比、隔震层的屈服位移和限位装置的第二阶段刚度系数相对不敏感。(2)提出了滑移隔震结构的响应关系谱,即综合耗能比-输入能量关系谱和综合耗能比-隔震层最大滑移量关系谱,对两种响应关系谱进行了研究,结果表明:结构参数对两种响应关系谱的影响与场地条件有关,各种场地中上部结构自振周期对两种响应关系谱的影响均较大,而刚度比和质量比对两种响应关系谱的影响则较小。(3)综合耗能象征着滑移隔震系统的隔震效果,研究表明:隔震层的摩擦系数对总输入能量谱和综合耗能谱均有很大的影响,该参数对滑移隔震结构综合耗能的影响与地震动的频谱特性有关,刚度比对两种能量谱的影响与上部结构的自振周期有关,总体来讲,质量比对两种能量谱的影响较小。(4)鉴于滑移隔震结构的复杂性,本文研究并得出了隔震层摩擦系数为0.07,限位装置的恢复力模型为理想弹塑性模型时的设计总输入能量谱和综合耗能谱,为滑移隔震结构的后续研究打下基础。(5)在传统非隔震结构的基础上提出了村镇滑移隔震结构瞬时能量的概念,将村镇滑移隔震结构最大瞬时输入能量出现的时段与最大综合耗能出现的时段进行了对比分析,结果发现:滑移隔震结构最大瞬时输入能量与最大瞬时综合耗能量出现的时段尽管通常较为接近,但可能是不一致的,上述两个瞬时能量最大值出现的时段与上部结构自振周期有关。在瞬时输入能量最大值出现的时段,瞬时综合耗能量可能会为零或者较小。(6)对村镇滑移隔震结构瞬时输入能量谱进行了研究,主要分析了结构参数对瞬时输入能量谱的影响规律,结果发现:隔震层的摩擦系数对瞬时输入能量的影响非常大,当摩擦系数较小时不同周期的瞬时输入能量谱曲线较为接近,当摩擦系数较大时,周期越大的结构瞬时输入能量也相对越大。
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