山地掉层隔震结构倾覆失效机理及振动台试验研究

发布时间：2020-11-19 02:18

　　 云南属高原山区,其境内山区、半山区面积占全省总面积的94%,建设用地匮乏。山地建筑是一种与山地地形紧密结合、与自然环境高度融合的建筑形式,在开发坡(台)地时可避免大量挖、填方工作,优势显著,因此山地建筑在云南的应用前景十分广阔。然而,云南又是我国地震灾害最严重的省份之一,山地建筑由于先天竖向不规则,导致其抗震能力较弱,加之山地建筑结构抗震设计理论研究严重滞后于工程实践,因此在地震区建设山地建筑存在抗震安全隐患。在此背景下,本文提出将隔震技术应用于山地建筑中,形成山地隔震建筑,以提高山地建筑的抗震能力。本文关于山地隔震建筑的研究内容及结论如下:1.在第一章中,根据隔震技术的特殊要求,结合传统山地建筑形式,将山地隔震建筑划分为斜板式、掉层式、吊脚式及层间式4种结构形式,并指出了每一种结构形式存在的特定问题,本文以典型的掉层式隔震结构为研究对象。2.在第二章中,首先利用静力有限元法研究了基础隔震和山地掉层隔震结构在水平地震和结构自重共同作用下隔震层橡胶支座竖向应力的分布规律,在此基础上引入橡胶支座竖向拉压刚度不一致的条件,以橡胶支座受拉或受压达到其极限承载力作为隔震结构倾覆失效的临界条件,分别对传统基础隔震和山地掉层隔震结构的倾覆失效问题进行了研究,得到了传统基础隔震结构修正的高宽比限值计算公式和山地掉层隔震结构横坡向、顺坡向高宽比(名义高宽比)限值的计算公式,揭示了山地掉层隔震结构顺、横坡向倾覆失效的机理。3.在第三章中,针对传统分部设计法的缺陷,提出了适用于山地掉层隔震结构的包络设计法,采用该包络设计法设计了一栋位于8度设防区掉2层1跨的混凝土掉层隔震框架结构,并通过有限元数值分析初步证明了包络设计法的有效性,最后以该掉层隔震框架结构为试验原型制作了相似比为1:10的振动台试验模型。4.在第四章中,以选定的三条地震波分别按不同的地震水准对山地掉层隔震和抗震结构模型进行一系列的振动台试验,综合考察了山地掉层隔震和抗震结构模型的抗震性能,最后建立了振动台试验的有限元模型,并和试验结果进行了对比。结果表明:山地掉层隔震结构的抗震性能明显高于抗震结构;试验结果直接验证了包络设计法的有效性和山地掉层隔震结构横坡向、顺坡向倾覆控制理论公式的正确性。5.在第五章中,首先基于橡胶支座抗拉性能差的特点,提出了一种新型导轨式抗拉橡胶支座,并通过拟静力试验分别对普通橡胶支座和导轨式抗拉橡胶支座进行了水平压剪和竖向单轴拉伸试验研究,接着借助ABAQUS有限元分析平台对单个抗拉装置及导轨式抗拉橡胶支座进行了有限元数值模拟,最后根据拟静力试验和有限元分析结果提出了导轨式抗拉橡胶支座的本构关系,并通过工程实例证实了导轨式抗拉橡胶支座可以大幅度提高隔震建筑的抗倾覆能力。目前国内外在山地隔震建筑的研究领域仍属空白,上述研究有助于提高山地建筑的抗震性能,缓解建筑用地的压力;有助于了解山地掉层隔震结构顺坡向与横坡向倾覆失效机理,在方案阶段正确地评估山地掉层隔震结构抗倾覆能力,同时为提高山地掉层隔震结构抗倾覆能力提出了一种抗拉能力强的导轨式抗拉橡胶支座,本文的研究结果为山地掉层隔震结构的设计提供一定依据和参考。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU352.12
【部分图文】：

我国死于地震的人数达 55 万之多，占全灾害的严重性构成中国的基本国情之一。1976 年唐，70.86 万人受伤，直接经济损失达到 132.75 亿元人造成 69225 人死亡，374640 人受伤，17939 人失踪，010 年玉树 M7.1 级地震，造成死亡 2200 人，70 人[4, 5]；2013 年芦山 M7.0 级地震，造成 196 人死亡，全球活动性最强的印度洋板块与欧亚板块碰撞带边沿南涧地震带、大关 马边地震带、澜沧 耿马地震带震带、通海 石屏地震带、南华 楚雄地震带 8 条地繁、地震灾害最严重的省份之一，云南地震断裂带分 度及以上面积占全省面积的 92.56%，如图 1-2 和表共发生 5 级以上地震多达 20 余次，造成了人员的重此云南省的抗震设防工作形势极为严峻。

图 1-2 云南省地震动参数区划图Fig.1-2 Seismic zoning map of ground motion in Yunna表 1-1 云南省各设防烈度区域面积占比情况Table 1-1 Fortification intensity area ratio烈度 面积占比6 度（0.05g） 8.88%7 度（0.10g、0.15g） 45.01%8 度（0.20g、0.30g） 46.11%9 度（0.40g） 1.44%表 1-2 云南省 5 级以上地震统计表1-2 More than 5 magnitude earthquake statistical table in 地点 震级 人员伤亡及财产通海 7.7 级 倒塌房屋 338456 间，死亡 15621 人大关 7.1 级地震造成 1423 人死亡，1600 人受伤程度的损坏和破坏，其中倒塌 2800

理工大学博士学位论文式分为掉层、吊脚、附崖、错台和错层 5 种形式，并给出了各种形式具体概念和范畴。本文根据隔震结构的特点，并结合传统山地建筑的 5 种形式，提出掉层、吊脚、错层、 4 种适宜应用隔震技术的结构形式，根据隔震层的设置位置，将山地隔震建筑具体分板式、掉层式、吊脚式及层间式 4 种形式，如图 1-3 所示。
【参考文献】

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3 王栋;吕西林;刘中坡;;不同高宽比基础隔震高层结构振动台试验研究及对比分析[J];振动与冲击;2015年16期

4 杨佑发;刘泳伶;凌玲;;山区多层接地隔震框架结构的抗震性能研究[J];土木工程学报;2014年S1期

5 伍云天;林雪斌;李英民;韩军;;山地城市掉层框架结构抗地震倒塌能力研究[J];建筑结构学报;2014年10期

6 冀昆;温瑞智;崔建文;王宏伟;任叶飞;;鲁甸M_S6.5级地震强震动记录及震害分析[J];震灾防御技术;2014年03期

7 杨佑发;刘泳伶;凌玲;;近场地震动作用下山地隔震框架结构抗震性能[J];铁道工程学报;2014年05期

8 张龙飞;陶忠;潘文;王广宇;;隔震层的滤波效应分析[J];地震研究;2014年02期

9 刘阳;刘文光;何文福;杨巧荣;;复杂博物馆隔震结构地震模拟振动台试验研究[J];振动与冲击;2014年04期

10 周云;吴从晓;张崇凌;杨光明;;芦山县人民医院门诊综合楼隔震结构分析与设计[J];建筑结构;2013年24期

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4 王丽萍;山地建筑结构设计地震动输入与侧向刚度控制方法[D];重庆大学;2010年

5 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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6 杨伯韬;典型山地掉层框架结构抗震性能拟静力试验研究[D];重庆大学;2014年

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8 蒋代波;山区多层接地消能建筑框架结构的抗震性能研究[D];重庆大学;2012年

9 赵炜;掉层框架结构强震破坏模式研究[D];重庆大学;2012年

10 赵瑞仙;掉层结构的非线性抗震性能分析[D];重庆大学;2011年

本文编号：2889550