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基础隔震框架结构的地震反应分析

张田田  
【摘要】:叠层橡胶支座的基础隔震是近年来发展较快的一种隔震技术。将叠层橡胶支座设置在结构的基础顶部,有效地阻隔了地震向上部结构的传递,以此来延长结构的基本周期,而不是利用结构和结构构件来吸收并消耗地震能量,能使结构的上部基本处于平动状态,即减小结构的地震反应,从而达到确保结构安全的目的。这种隔震结构体系优越的耗能原理不同于传统的抗震结构体系,这是传统的抗震结构体系所达不到的。 对于采用基础隔震的结构,其隔震层会有较大的水平位移,若上部结构较高,对于隔震层来说,上部结构在水平地震力作用下将产生较大的倾覆力矩,而这个倾覆力矩要靠结构自身的重力产生抗倾覆力矩来达到自平衡状态,所以有可能造成隔震层的提离和上部结构的倾覆。本文针对以上两个方面,进行了一些探索性的研究,主要做了以下几方面的工作: 1、以五层钢筋混凝土框架为例,运用有限元分析软件Midas-gen对结构进行了模态分析,对比了传统抗震结构与基础隔震结构的反应自振周期,比较了前六阶振型图。 2、对于上述结构模型输入El-centro地震波、Taft地震波,分析了非隔震结构(传统抗震结构)与隔震结构的地震反应,通过比较加速度、层间剪力等数据,验证了基础隔震结构的隔震效果及实施隔震结构的可行性。 3、通过数值推导,得出了基础隔震结构的高宽比限值,并提出了几条基础隔震结构抗倾覆的相关措施。 本文分别对基础隔震结构与传统抗震结构进行了地震作用下的动力特性分析,得到了两种结构的自振周期,通过对比,发现了基础隔震结构的自振周期比传统抗震结构有明显的延长,远离了建筑场地的特征周期,避免了结构与地面振动发生共振。通过对两种结构的地震反应研究,了解到基础隔震结构在水平地震作用下反应近似刚体平动,结构位移主要发生在隔震层,基础隔震结构的最大加速度明显较传统抗震结构的小。通过对基础隔震结构的倾覆问题进行探讨,推导出了隔震结构的高宽比限值。


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