P-△效应下层间（柱顶）隔震体系弹塑性动力响应研究

发布时间：2020-11-18 05:57

　　 随着科技的进步,抵御地震的技术愈发成熟,隔震体系经过数十年的发展,已具有完备的理论分析和技术体系,在实际震害下,隔震技术有效保障了人类的生命和财产安全。近年来,人们对隔震体系的研究更加深入,由于隔震层的存在会导致结构整体刚度的变化,在地震作用下,P-Δ效应对结构的动力响应不可以忽略不计,故针对这个问题,详细阐述整体结构在P-Δ效应下的弹塑性的动力响应,并采用新隔震规范的取值标准,得出整体结构的易损性曲线。本文以一栋6层的框架结构实际工程为研究对象,首先运用Mander模型定义结构材料的本构关系,然后通过有限元软件分析抗震体系、基础隔震体系和层间隔震体系下结构的动力响应,对比周期值、层间剪力、层间位移角等指标,证明隔震优越性和选型的合理性;其次对所选的结构进行弹性分析,主要解决:悬臂柱尺寸对整体结构的动力响应、P-Δ效应对层间隔震体系的影响、下部结构有无拉梁对整体结构的影响等问题,综合所有因素选取合适的构件尺寸;而后在考虑P-Δ效应基础上,通过定义本构关系和插入纤维铰等对结构进行弹塑性处理,进一步研究层间柱顶隔震体系下部结构有无拉梁的弹塑性分析并绘制相应的IDA曲线;再次,利用分析的数据,选用《建筑隔震设计规范》给出的量化指标值,对层间柱顶隔震体系各子结构的地震易损性分析,得出不同阶段各子结构的超越概率,从而得出整体结构的超越概率;最后利用振动台试验和有限元模拟的对比证明结构选型的正确性。本文研究的内容主要分为如下几个板块:(1)针对所选用的框架结构做理论性说明,同时介绍所采用的性能状态的量化指标,然后对结构所用材料本构关系的定义,和计算弹塑性分析时塑性铰长度;(2)对结构合理选型的分析和证明,对相同的建筑物分别按抗震设计、基础隔震设计和层间隔震设计,分析三种结构在动力响应上的不同,突出隔震体系的优越性,证明选取层间隔震体系的合理性,并且比较抗震体系与隔震体系下部结构的动力响应;(3)在所选的结构体系下,详细分析:悬臂柱尺寸对整体结构的动力响应、P-Δ效应对层间隔震体系的具体影响、下部结构有无拉梁结构对结构整体动力响应的影响;(4)对选定的结构进行增量动力分析,模拟结构从弹性到弹塑性直至结构倒塌的整个过程,了解层间隔震体系在不同地震等级下的动力响应情况,对未来可能遭受的地震等级,预测结构的动力响应;(5)在IDA分析数据的基础上,对结构进行地震易损性分析,采用新隔震规范给定的量化指标,分析层间隔震体系的上部结构、隔震层和下部结构在不同性能阶段的超越概率,从而确定整体结构的超越概率;(6)采用振动台试验和有限元模拟,对实际结构模拟地震动作用下的动力响应,分析试验采集数据和有限元分析数据,对三种结构的动力响应进行对比,从而说明隔震体系能有效减少地震对结构的影响,同时印证本文选取层间隔震的合理性。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU352.12
【部分图文】：

一定的突发性和不可预测性；二是地震短时间释放巨大能量，并可能导致火灾、瘟疫泥石流等连锁性次生灾害[1]。据记载，20 世纪全球 7 级以上的地震，约 1/3 发生在我国19-20 世纪期间的全球前 10 次最强地震，中国发生 3 次，总遇难人口 90.77 万，我国难人数 57.1 万，占遇难总人口 62.91%；19-20 世纪期间遇难人口在 1 万以上的地震21 次，总遇难人口 104.7 万，我国遇难人口 53.5 万，占总遇难人口 51.1% 。我国地域辽阔，地形亦是多种多样，环太平洋地震带和欧亚地震带横穿我国多数区，导致地震频发，地震烈度 6 级及 6 级以上的地区约占全国面积的 60%。在我国，19-世纪期间前十次最强地震如表 1-1 所示，而从 2000 年开始截至到今天，我国共发生次 7 级以上的地震：2008 年 5 月 21 日，四川汶川市发生的里氏 8.0 级大地震，地震放能量相当于 5600 颗广岛原子弹爆炸产生的能量，遇难人口 69227 人，17000 人失踪直接经济损失高达 8400 余亿[2]；2010 年 4 月 14 日，青海省玉树藏族自治州发生里氏 7级地震，遇难人口 2698 人，直接损失 107428 万元；2013 年 4 月 20 日，四川省雅安芦山县发生 7.0 级地震，遇难人口 196 人，受灾人口 38.3 万人，经济损失 19.81 亿元例例数据触目惊心。

一定的突发性和不可预测性；二是地震短时间释放巨大能量，并可能导致火灾、瘟疫泥石流等连锁性次生灾害[1]。据记载，20 世纪全球 7 级以上的地震，约 1/3 发生在我国19-20 世纪期间的全球前 10 次最强地震，中国发生 3 次，总遇难人口 90.77 万，我国难人数 57.1 万，占遇难总人口 62.91%；19-20 世纪期间遇难人口在 1 万以上的地震21 次，总遇难人口 104.7 万，我国遇难人口 53.5 万，占总遇难人口 51.1% 。我国地域辽阔，地形亦是多种多样，环太平洋地震带和欧亚地震带横穿我国多数区，导致地震频发，地震烈度 6 级及 6 级以上的地区约占全国面积的 60%。在我国，19-世纪期间前十次最强地震如表 1-1 所示，而从 2000 年开始截至到今天，我国共发生次 7 级以上的地震：2008 年 5 月 21 日，四川汶川市发生的里氏 8.0 级大地震，地震放能量相当于 5600 颗广岛原子弹爆炸产生的能量，遇难人口 69227 人，17000 人失踪直接经济损失高达 8400 余亿[2]；2010 年 4 月 14 日，青海省玉树藏族自治州发生里氏 7级地震，遇难人口 2698 人，直接损失 107428 万元；2013 年 4 月 20 日，四川省雅安芦山县发生 7.0 级地震，遇难人口 196 人，受灾人口 38.3 万人，经济损失 19.81 亿元例例数据触目惊心。

层加速度是 0.82g，顶层加速度达到 2.31g，可知加速度放大系数是 2.8。因此，可以出橡胶支座隔震体系更具有优越性。根据隔震支座的所在位置的不同，隔震分为基础隔震和层间隔震体系，其主要原理是以隔震层作为隔离装置来抵抗和耗散地震。（1）基础隔震体系基础隔震体系作为最早出现的隔震体系，取得有效的隔震效果，从而使人们接受隔技术。基础隔震的原理是用隔震支座将基础与上部结构分开，从而阻止地震能量向上递。从以往的抗震体系发现，抗震体系抵抗地震主要通过以刚治刚，但是对力学性能分析可以得知：建筑结构固结于地面后，自身就像一个放大器，当地震动作用时，结所承受的地震加速度会随着楼层的增高而增大，结构顶层的加速度往往放大数倍之。基础隔震体系的机理明晰，力学模型简单，减震效果明显，适用多种建筑类型，1993由周福霖院士[12]设计的汕头凌海路的一栋 8 层框架隔震体系[13]拉开了中国隔震技术序幕，在之后隔震体系凭借着独有的优越性，涉及的建筑类型和建筑数量突飞猛进，止 2017 年，中国已建成的隔震建筑 3000 多栋。
【参考文献】

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1 温留汉·黑沙;张永山;汪大洋;;工程结构地震易损性与经济损失评估研究现状[J];建筑科学与工程学报;2015年06期

2 熊焱;吴迪;崔杰;;抗震规范中隔震装置的地震风险分析[J];振动与冲击;2015年13期

3 吴继伟;梁兴文;朱汉波;;FEMAP58新一代建筑抗震性能评估方法[J];地震工程与工程振动;2015年03期

4 刘彦辉;谭平;周福霖;闫维明;;主被动调谐控制结构动力响应分析与试验[J];振动.测试与诊断;2015年03期

5 刘彦辉;谭平;周福霖;滕军;闫维明;;广州电视塔直线电机驱动的主动质量阻尼器动力特性研究[J];建筑结构学报;2015年04期

6 张尚荣;谭平;杜永峰;周福霖;包超;;基于性能的层间隔震结构地震易损性分析[J];地震工程与工程振动;2014年05期

7 张尚荣;谭平;杜永峰;周福霖;赵丽洁;;基于响应面法的层间隔震结构地震易损性分析[J];振动与冲击;2014年15期

8 朱宏平;周方圆;袁涌;;建筑隔震结构研究进展与分析[J];工程力学;2014年03期

9 周福霖;;抗震宜“以柔克刚”[J];建筑;2013年12期

10 周福霖;谭平;刘德稳;;核电站安全的地震威胁及对策分析[J];中国工程科学;2013年04期

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1 黄襄云;层间隔震减震结构的理论分析和振动台试验研究[D];西安建筑科技大学;2008年

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2 昌继胜;基于IDA的不同框架—剪力墙结构的抗震性能分析[D];重庆大学;2013年

3 李文博;基于IDA方法的RC框架结构地震易损性分析研究[D];西安建筑科技大学;2012年

4 全汉聪;钢筋混凝土排架结构的二阶效应规律及排架柱的等效长度研究[D];重庆大学;2012年

5 李谦;增量动力分析方法的研究及其应用[D];西安建筑科技大学;2011年

6 杨莹;三水准三阶段建筑抗震设计必要性及方法探讨[D];重庆大学;2009年

7 王建宁;基于性能研究的模态pushover方法和动力时程分析方法的比较[D];重庆大学;2009年

8 林一杨;Pushover分析法在框架结构中的适用性研究[D];华中科技大学;2009年

9 蔡敏;特殊场地条件下的地震响应研究[D];西南交通大学;2009年

10 玉军;钢筋混凝土高层建筑结构抗震弹塑性分析方法的研究及其应用[D];湖南大学;2007年

本文编号：2888391