汶川援建隔震结构强震观测与地震反应分析

发布时间：2020-08-06 10:13

【摘要】：近年来我国发生多次重大地震,对人民的生命和财产安全造成了极大的损失。随着我国隔震技术的研究与发展日趋成熟,越来越多的建筑结构使用了隔震技术以提高结构的安全性。这时,强震观测系统与隔震结构实际地震反应便成为评价隔震技术在实际工程运用中有效性的重要参考和依据。但是目前我国对隔震结构的实际地震响应监测的研究成果还较少,强震观测记录也比较少。鉴于此,本课题组在汶川震后援建的三栋隔震建筑汶川第一小学,汶川第二小学和映秀镇安置房中布置了强震观测系统。其中,汶川二小和映秀安置房为隔震结构,汶川二小为钢筋混凝土结构,隔震层布置有铅芯橡胶支座和弹性滑板支座,映秀安置房为砌体结构,布置有新型简易隔震支座。本文将对观测系统在近年来采集到的强震下隔震结构的地震反应进行研究。本文选取了8条在汶川一小和二小观测到的地震数据进行研究。对比研究结构加速度响应可知,汶川二小(隔震)支座上部和下部加速度峰值放大率随着地震动强度增大而减小,并且放大率小于1。隔震结构上部结构的加速度峰值放大倍数与地震动强度相关性不大。汶川一小(抗震)的结构加速度峰值放大倍数与地震动强度相关性较小,并且整体放大率远大于汶川二小。数值仿真结果表明,隔震结构在地震作用下展现了很好的隔震效果。本文还对汶川二小的强震观测数据进行了模态参数识别。模态识别结果表明,汶川二小(隔震)的模态频率随着地震动强度的增大而逐渐减小,说明隔震结构随着地震动强度增大,结构周期逐渐增大,与预期隔震效果一致。然后,根据模态参数识别结果对汶川二小进行精细化有限元数值模拟,将有限元模型上部结构加入非结构构件进行修正,利用加速度实测时程数据对有限元模型隔震层参数进行拟合,得到在不同地震作用下的结构有限元模型。通过数值模拟结果可知隔震层在不同的地震动作用下表现出的初始刚度并不相同,随着地震动强度的增大,隔震层初始刚度逐渐减小直至突破屈服点进入非线性。基于实测数据,将精细化模拟后得到的固结,未隔震和隔震的三个工况进行对比,结果表明,隔震结构的层间位移角,层剪力,加速度时程均远小于未隔震和固结结构,证明了隔震结构在地震作用下的有效性和优越性。本文还选取了5条在映秀安置房的观测数据进行研究。由于观测到的地震动强度较小,隔震层、上部结构和整体结构的加速度峰值放大倍数与地震动强度相关性较低。利用模态参数识别方法得到结构的第一阶和第二阶模态频率为5.6hz和4.33hz,随着地震强度增大,结构模态频率有小幅减小。利用5条观测数据建立该村镇隔震结构的有限元模型,基于观测数据对隔震层刚度等参数进行了修正。数值仿真结果表明,在不同地震作用下,隔震层表现出的初始刚度不相同,且地震幅值较小的情况下,新型简易隔震支座表现出的初始刚度非常大,使结构接近固结状态。对映秀安置房进行动力性能分析,证明了在多遇地震情况下,隔震结构各项性能将优于非隔震结构。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.12
【图文】：

叠层钢板橡胶支座容易制造，没有活动的部件，因此更为可靠，且徐变老化等性能都比较稳定。叠层钢板橡胶支座有时和阻尼装置配套使用，其中阻尼装置用于消耗地震能量，进一步降低结构地震响应。为便于施工，基础隔震结构通常需要设置如图 1-1 所示隔震层。图 1-1 基础隔震结构构造示意图Fig.1-1 base isolation structure从反应谱的角度阐述基础隔震的原理，图 1-2 为某单自由度体系弹性阶段加速度和位移反应谱。对于偏刚性的低层结构而言，其周期一般较小，则加速度反应大，位移反应小，对应图中 A 点。提高结构自振周期同时保持阻尼不变，则加速度减小，位移增加，对应图中 B 点。接着再增加阻尼，则加速度和位移反应均减小，对应图中 C 点。由此可见，隔震层刚度系数和阻尼系数是影响隔震结构地震响应的两个主要参数。（a）加速度反应谱 (b)位移反应谱图 1 2 单自由度弹性体系地震反应谱为了使隔震结构的减震效果明显，使用的隔震装置大致需要满足以下 5 项基?

对于偏刚性的低层结构而言，其周期一般较小，则加速度反应 A 点。提高结构自振周期同时保持阻尼不变，则加速度减小，。接着再增加阻尼，则加速度和位移反应均减小，对应图中 C度系数和阻尼系数是影响隔震结构地震响应的两个主要参数。

图 1-3 强震观测系统示意图Fig.1-3 Diagram of a large-scale structural health monitoring system1.3.2 结构模态识别在获得强震观测数据之后，对数据进行结构模态识别是对结构状况系统识别的一个方向，其主要方法就是通过建立结构系统中输入信号和输出信号的数学模型，从而确定

【参考文献】

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本文编号：2782228