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《湖南大学》 2009年
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层间隔震体系的减震机理与减震性能研究

张颖  
【摘要】:层间隔震体系(Inter-story isolation system)是在基础隔震结构的工程实践中发展起来的一种新型隔震结构形式,它将隔震装置设置在建筑物两楼层之间进行结构地震反应的控制。目前,在我国层间隔震技术仍处于萌芽试用性阶段,有一部分的加层减震加固结构以及刚度竖向突变结构(下部框架平台上部塔楼住宅)的工程应用实例,但对层间隔震体系的工作机理与减震性能仍缺乏专门系统地研究。与基础隔震相比,层间隔震体系的隔震层位置相对较高,隔震层的破坏可能是灾难性的,需要对其动力可靠度进行细致的研究。同时,由于隔震层位置的上移,体系的动力特性发生变化,一般由两个振型起控制作用,层间隔震体系对隔震层下部子结构的减震效果有限,有必要混合其他控制装置来进一步提高体系的整体抗震性能。 本文系统地研究了层间隔震体系当隔震层位置变化时其相应的减震工作机理。利用层间隔震体系的两质点简化模型,从其频谱动力特性着手,提出了基于基底剪力最小准则的层间隔震体系参数优化方法。通过对非线性层间隔震体系的随机振动分析,揭示了层间隔震体系的上、下子结构频率比、隔震层屈服后刚度比以及隔震层的屈服位移等参数对隔震层下部子结构的最大侧移和累积损伤耗能的影响,得到了一些有意义的结论。 基于能量平衡的原理,推导出了层间隔震体系的隔震层总剪力、隔震层最大变形以及基底剪力的地震响应预测式,通过分析地震输入能量在结构当中的分配和耗散,阐述了层间隔震体系自身的减震特点。同时,提出了设计用能量谱的概念,拟合了符合二类场地能量谱且具有原始地震记录相位特性的人工模拟地震波,并利用时程分析方法验证了预测响应的精度。 以某实际工程为背景,建立了层间隔震体系的随机响应以及动力可靠度分析模型。采用虚拟激励法进行随机响应分析,并与Monter Carlo法模拟计算的结果进行了对比。为了和我国抗震规范的“两阶段,三水准”设计原则相呼应,同时实现结构性能设计的目标,在算例中分别计算了“小震”和“大震”下层间隔震体系的条件失效概率,以及50年设计基准期内的体系总体失效概率。分析讨论了一些主要设计参数对层间隔震体系动力可靠度的影响,并与非隔震结构进行了对比。 为了进一步提高层间隔震体系的整体抗震性能,提出在层间隔震体系中附设不同的被动、主动或半主动控制装置,构成了新型的混合层间隔震控制体系。考虑隔震支座的非线性,利用基于广义Newmark积分方法和Matlab中的SIMULINK模块,编写了整个非线性混合隔震减震体系的仿真分析程序。通过某实际工程算例,系统地研究了这种新型混合层间隔震控制体系的有效性,并比较了不同控制策略时的减震控制效果。 最后,本文提出基础隔震与层间隔震并用的双层隔震结构形式作为控制大高宽比高层建筑地震响应的一种方法,并分别给出了隔震层为线性和非线性情形的参数设计方法。双层隔震体系在进一步延长结构自振周期的同时,将传统基础隔震层的变形分配到两个隔震层中,降低了隔震支座出现拉应力的可能,避免发生倾覆失稳破坏,解决了隔震技术在高层建筑上应用的某些局限性。通过合理设置中间隔震层的位置,均匀分隔建筑物功能层,可以将地震作用力平均分布,避免高柔结构的弯曲变形,使其在地震作用下以剪切变形为主。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU352.12

【引证文献】
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【共引文献】
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