木制隔震装置在木混结构中的层间隔震研究

发布时间：2020-04-08 19:01

【摘要】：轻木-混凝土混合结构是一种符合我国国情,响应国家对装配式建筑号召的新型结构形式,它在解决木结构容积率低下问题的同时,满足了人们对绿色建筑的需求。然而研究表明,由于轻木-混凝土混合结构其上柔下刚的特点,在地震作用下会产生“鞭鞘效应”,使上部轻木结构的响应放大,有碍此类建筑的推广与使用。本文受中国古木建筑中的斗拱启发,结合现代振动控制理论,设计了一种通过摩擦耗能的新型木制隔震装置。并围绕着新型木制隔震装置在轻木-混凝土混合结构中的层间隔震应用展开了一系列研究,具体内容包括:(1)对此隔震装置进行了竖向与水平单调加载与低周反复荷载试验。根据试验得到的滞回曲线,采用Bouc-Wen模型,运用遗传算法,对此隔震装置的恢复力模型参数进行了识别。识别结果吻合度较高,Bouc-Wen模型能够较好的反映此隔震装置的摩擦耗能特性。(2)为验证此装置的隔震性能,采用此装置对一轻木-混凝土混合结构进行了层间隔震改造。利用由试验结果识别的恢复力模型,在SAP2000中建立了层间隔震结构的有限元模型。多遇与设防烈度下地震响应时程分析结果表明采用此隔震装置的混合结构的上部轻木结构的层间位移、绝对加速度、层间剪力相比无隔震结构都有明显减小。(3)建立了层间隔震结构的多质点简化模型,为进一步研究隔震支座的减震性能,并验证简化模型的有效性,用Matlab软件编制了非线性时程分析程序,并进行了两种结构模型在罕遇地震下的时程分析。结果表明两种模型的响应的最大值十分接近,多质点模型能够较精确地反应层间隔震结构的地震响应,且此隔震装置在罕遇地震下也具有良好的减震性能。(4)为寻找最优的隔震层参数,建立了层间隔震结构的三质点简化模型,依据随机振动理论推导了基底剪力、上部结构层间位移、下部结构加速度等控制指标的变化规律。规律表明降低隔震频率可以减少上部结构的层间位移与结构的基地剪力,但同时下部结构加速度会发生放大,在隔震频率较小时存在最优的隔震层阻尼比。对文中的混合结构进行了隔震参数优化,经优化后,上部结构的层间位移进一步的减少。此新型木制隔震装置具有良好的减震性能,能够降低轻木-混凝土混合结构在地震作用下产生的“鞭鞘效应”,具有较好的应用前景。
【图文】：

大殿,木结构

1.1 研究的目的和意义在 3500 多年前，由于技术水平限制，取材和生产容易的木材便是中国古代建筑所采用的主要材料，木结构遍布古人生活的每一个角落。我国古建筑具有良好的耐久性，历经数千年战争和自然灾害的洗礼，许多建筑依然屹立不倒。距今有千余年尚且保存完好的木结构建筑就有 30 余座[1]，如建于公元 857 年，位于今山西省五台县的佛光寺大殿，，如图 1-1 所示，以及落成于北宋 1056 年，位于今山西省应县佛官寺木塔，如图 1-2 所示，后者的高度更是达到了 66 米。北宋年间成书的《营造法式》是我国关于木结构做法的最广为流传的技术指导书籍，它全面系统地总结了我国古代木结构的实践的经验与教训，充分彰显了中国古代在木结构建筑技术已经得到了了广泛的应用与实践的历史事实。作为世界五大建筑体系之一[4]，中国的古建筑中特有的榫卯巧妙地结合了梁、架、檩、柱、斗拱、雀替等构件，是我国古建筑技术与文化的瑰宝，亦是我国古代劳动人民的智慧的结晶。

木结构,木结构建筑,古建筑,山西省

1.1 研究的目的和意义在 3500 多年前，由于技术水平限制，取材和生产容易的木材便是中国古代建筑所采用的主要材料，木结构遍布古人生活的每一个角落。我国古建筑具有良好的耐久性，历经数千年战争和自然灾害的洗礼，许多建筑依然屹立不倒。距今有千余年尚且保存完好的木结构建筑就有 30 余座[1]，如建于公元 857 年，位于今山西省五台县的佛光寺大殿，如图 1-1 所示，以及落成于北宋 1056 年，位于今山西省应县佛官寺木塔，如图 1-2 所示，后者的高度更是达到了 66 米。北宋年间成书的《营造法式》是我国关于木结构做法的最广为流传的技术指导书籍，它全面系统地总结了我国古代木结构的实践的经验与教训，充分彰显了中国古代在木结构建筑技术已经得到了了广泛的应用与实践的历史事实。作为世界五大建筑体系之一[4]，中国的古建筑中特有的榫卯巧妙地结合了梁、架、檩、柱、斗拱、雀替等构件，是我国古建筑技术与文化的瑰宝，亦是我国古代劳动人民的智慧的结晶。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.6;TU352.12

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