不同隔震方案框架结构地震反应分析对比
发布时间：2021-04-15 09:16
随着建筑行业的蓬勃发展,我国的基础隔震技术如今已经有了较大的提升。基础隔震技术也可称为被动控制技术,是通过隔震层的隔震装置消耗并减小一部分地震能量。基础隔震结构较其他隔震结构相比,其适用范围更广,施工及维修简单且造价较低。但伴随着隔震支座的复杂性及多样性,其单一隔震支座的隔震效果将存在一定的局限性,为了进一步提高隔震结构的隔震效果,将对隔震支座优化配比及支座布置进行基础隔震研究,因此本文主要研究支座优化组合及布置方式对地震效应的影响。本文先介绍了有关隔震结构的概念及支座的力学特性,推导动力平衡方程,利用有限元软件SAP2000对某一实际工程进行建模。此实际工程为位于山东鄄城的某学校6层钢筋混凝土框架结构教学楼,根据《山东省建设工程抗震设防条例》规定,此教学楼的结构计算抗震等级应由原来的8度（0.2 g）提高为8度（0.3 g）进行地震计算,其模型分别为传统抗震结构以及三种不同隔震方案的隔震结构模型,其中三种隔震方案是由铅芯隔震支座及天然橡胶支座组合布置而成。首先对四种模型进行模态分析,并采用有限元软件进行结构动力弹塑性时程分析,分别分析及讨论设防及罕遇两种工况下的动力时程结果,对比分析...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基础隔震单自由度模型
山东建筑大学硕士学位论文-15-当提高，可提高其隔震效果，减小上部结构与基础之间的相对位移，即水平剪切变位值。从推导加速度反应衰减比以及位移反应衰减比公式中可以得出，隔震体系中的参数均是影响地震反应的重要参数指标，而隔震结构的水平位移和最大加速度由上述定义的参数与来控制，选择合适的及值从而保证隔震建筑有充足的安全性能。2.1.2基础隔震多质点动力分析1、力学模型当高层结构采用隔震技术时，由于其层间刚度相对较小其力学模型选用多质点动力体系即层间剪切模型进行分析，如下图2.2所示，多质点简化模型较为直观的反映每楼层的动力反应，可得出更接近实际情况的结果，有助于对基础隔震结构的研究分析。层间剪切模型中的每个质点仅考虑水平变形引起的平动，不考虑竖向变形引起的摆动。图2.2基础隔震多自由度模型但此多质点剪切模型应满足以下假定：楼板在自身平面内刚度无限大，且不考虑其竖向变形；结构中的竖向杆件在水平荷载的作用下无轴向变形；楼层之间的变形互相影响忽略不计；子结构阻尼模型拼装为隔震结构的阻尼矩阵。2、动力微分方程根据图2.2多自由度的动力微分方程如下：（2.12）（2.12）公式由达朗贝尔原理进一步变形为：（2.13）（2.14）其中：为对应层与底层的水平相对加速度、速度、位移
山东建筑大学硕士学位论文-17-图2.3加速度反应衰减比与频率比关系图由图2.3可知随着的增大先增大而降低，即隔震结构的水平刚度越小，越低，隔震效果越显著。2.2时程分析法求解振动方程2.2.1时程分析法求解理论上来说，任何一种隔震结构体系在求解其动力方程时，都会采用Duhamel和Fourier方法，其中Duhamel积分法属于时域分析方法，Fourier方法属于频域积分方法，但二者均运用了线性叠加原理，换言之，当结构处于地震作用、风荷载或者塑性条件等非线性荷载时，不可用此线性叠加原理。一般采用时程分析法来求解隔震结构的微分方程，此方程是没有时间规律的非线性微分方程，基于隔震支座的恢复力曲线也称之为非线性曲线，所以在求解方程时应将其视为非线性函数。以上分析可得知动力微分方程为非线性方程，若想通过此方程得出正确的结果，需采用积分法对此方程直接进行时间逐步积分从而得出结果。但当采用时程分析法时需要考虑到很多的外界因素，首先应根据抗震规范的要求来设计分析并选择合适的地震波，软件中时程分析的原理是对动力微分方程逐步积分从而进一步求出计算结果，并根据此结果来验证抗震设计的有效性和可靠性。在进行特殊结构或者超限结构设计时，时程分析法是其中的必要环节。有限元软件SAP2000中包括三种时程分析法类型[40]，分别是模态分析、线性时程分析、非线性时程分析。在有限元软件中需要定义的非线性属性包括框架中非线性铰、隔震支座非线性属性以及效应等参数。定义好非线性参数后可通过非线性时程分析来模拟出隔震支座
【参考文献】：
期刊论文
[1]日本地震中钢筋混凝土框架结构震害及分析[J]. 潘毅,季晨龙,王超,秦楠. 工程抗震与加固改造. 2012(04)
[2]某教学楼在不同隔震参数配置下的减震系数研究[J]. 牛力军,张文芳. 土木工程学报. 2010(S1)
[3]隔震橡胶支座的中小型建筑设计——以映秀镇中心卫生院项目为例[J]. 王明洁. 建筑学报. 2010(09)
[4]汶川地震重灾区典型钢筋混凝土框架结构震害现象[J]. 温增平,徐超,陆鸣,杜修力,李鸿晶,熊立红,刘爱文,李小军,周正华. 北京工业大学学报. 2009(06)
[5]高层隔震结构地震反应振动台试验分析[J]. 何文福,刘文光,张颖,付伟庆,霍达. 振动与冲击. 2008(08)
[6]叠层橡胶支座隔震结构地震响应的突变分析[J]. 刘海卿,王学庆,王锦力. 地震工程与工程振动. 2008(02)
[7]隔震技术原理及存在问题分析[J]. 文佳,魏世宏,朱浪涛. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2007(02)
[8]层间隔震结构工作机理研究[J]. 祁皑,林云腾,郑国琛. 地震工程与工程振动. 2006(04)
[9]复合隔震体系地震反应分析方法探讨[J]. 麦敬波,周福霖. 广州大学学报(自然科学版). 2006(03)
[10]低温环境对叠层橡胶支座变形特性影响的试验研究[J]. 由世岐,刘斌,楼永林. 东北大学学报. 2005(03)
博士论文
[1]基础隔震结构多维及平—扭耦联地震反应分析[D]. 王建强.西安建筑科技大学 2003
[2]橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D]. 刘文光.北京工业大学 2003
硕士论文
[1]复合隔震体系研究[D]. 麦敬波.广州大学 2006
本文编号：3139052
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基础隔震单自由度模型
山东建筑大学硕士学位论文-15-当提高，可提高其隔震效果，减小上部结构与基础之间的相对位移，即水平剪切变位值。从推导加速度反应衰减比以及位移反应衰减比公式中可以得出，隔震体系中的参数均是影响地震反应的重要参数指标，而隔震结构的水平位移和最大加速度由上述定义的参数与来控制，选择合适的及值从而保证隔震建筑有充足的安全性能。2.1.2基础隔震多质点动力分析1、力学模型当高层结构采用隔震技术时，由于其层间刚度相对较小其力学模型选用多质点动力体系即层间剪切模型进行分析，如下图2.2所示，多质点简化模型较为直观的反映每楼层的动力反应，可得出更接近实际情况的结果，有助于对基础隔震结构的研究分析。层间剪切模型中的每个质点仅考虑水平变形引起的平动，不考虑竖向变形引起的摆动。图2.2基础隔震多自由度模型但此多质点剪切模型应满足以下假定：楼板在自身平面内刚度无限大，且不考虑其竖向变形；结构中的竖向杆件在水平荷载的作用下无轴向变形；楼层之间的变形互相影响忽略不计；子结构阻尼模型拼装为隔震结构的阻尼矩阵。2、动力微分方程根据图2.2多自由度的动力微分方程如下：（2.12）（2.12）公式由达朗贝尔原理进一步变形为：（2.13）（2.14）其中：为对应层与底层的水平相对加速度、速度、位移
山东建筑大学硕士学位论文-17-图2.3加速度反应衰减比与频率比关系图由图2.3可知随着的增大先增大而降低，即隔震结构的水平刚度越小，越低，隔震效果越显著。2.2时程分析法求解振动方程2.2.1时程分析法求解理论上来说，任何一种隔震结构体系在求解其动力方程时，都会采用Duhamel和Fourier方法，其中Duhamel积分法属于时域分析方法，Fourier方法属于频域积分方法，但二者均运用了线性叠加原理，换言之，当结构处于地震作用、风荷载或者塑性条件等非线性荷载时，不可用此线性叠加原理。一般采用时程分析法来求解隔震结构的微分方程，此方程是没有时间规律的非线性微分方程，基于隔震支座的恢复力曲线也称之为非线性曲线，所以在求解方程时应将其视为非线性函数。以上分析可得知动力微分方程为非线性方程，若想通过此方程得出正确的结果，需采用积分法对此方程直接进行时间逐步积分从而得出结果。但当采用时程分析法时需要考虑到很多的外界因素，首先应根据抗震规范的要求来设计分析并选择合适的地震波，软件中时程分析的原理是对动力微分方程逐步积分从而进一步求出计算结果，并根据此结果来验证抗震设计的有效性和可靠性。在进行特殊结构或者超限结构设计时，时程分析法是其中的必要环节。有限元软件SAP2000中包括三种时程分析法类型[40]，分别是模态分析、线性时程分析、非线性时程分析。在有限元软件中需要定义的非线性属性包括框架中非线性铰、隔震支座非线性属性以及效应等参数。定义好非线性参数后可通过非线性时程分析来模拟出隔震支座
【参考文献】：
期刊论文
[1]日本地震中钢筋混凝土框架结构震害及分析[J]. 潘毅,季晨龙,王超,秦楠. 工程抗震与加固改造. 2012(04)
[2]某教学楼在不同隔震参数配置下的减震系数研究[J]. 牛力军,张文芳. 土木工程学报. 2010(S1)
[3]隔震橡胶支座的中小型建筑设计——以映秀镇中心卫生院项目为例[J]. 王明洁. 建筑学报. 2010(09)
[4]汶川地震重灾区典型钢筋混凝土框架结构震害现象[J]. 温增平,徐超,陆鸣,杜修力,李鸿晶,熊立红,刘爱文,李小军,周正华. 北京工业大学学报. 2009(06)
[5]高层隔震结构地震反应振动台试验分析[J]. 何文福,刘文光,张颖,付伟庆,霍达. 振动与冲击. 2008(08)
[6]叠层橡胶支座隔震结构地震响应的突变分析[J]. 刘海卿,王学庆,王锦力. 地震工程与工程振动. 2008(02)
[7]隔震技术原理及存在问题分析[J]. 文佳,魏世宏,朱浪涛. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2007(02)
[8]层间隔震结构工作机理研究[J]. 祁皑,林云腾,郑国琛. 地震工程与工程振动. 2006(04)
[9]复合隔震体系地震反应分析方法探讨[J]. 麦敬波,周福霖. 广州大学学报(自然科学版). 2006(03)
[10]低温环境对叠层橡胶支座变形特性影响的试验研究[J]. 由世岐,刘斌,楼永林. 东北大学学报. 2005(03)
博士论文
[1]基础隔震结构多维及平—扭耦联地震反应分析[D]. 王建强.西安建筑科技大学 2003
[2]橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D]. 刘文光.北京工业大学 2003
硕士论文
[1]复合隔震体系研究[D]. 麦敬波.广州大学 2006
本文编号：3139052
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