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基础隔震的试验研究

刘可  
【摘要】:为了利用场地条件及施工常用材料以降低隔震体系的成本,本文研发了铰桩-人工土复合地基并对其进行了振动台试验研究。试验结果表明,其地震反应较之刚性地基-框架结构体系有很大变化,在铰桩-人工土复合地基上,框架结构各层加速度、层间剪力有明显减小,自振周期增大,特别是阻尼有很大的提高,说明此复合地基有明显的减震效果。 在铰桩-人工土复合地基的基础上,通过将体系微缩,桩简化为钢筋,并进行大量的改进,发明了一种新型的针对农村地区遭受的地震震害情况和农村地区房屋建筑特点的钢筋-沥青复合隔震层,获得了名为《一种复合隔震层》的国家发明专利授权。 通过对钢筋-沥青复合隔震层做出适用于弹性分析的一系列假设,提出了第一阶段设计简化模型。通过理论分析,给出可用于工程第一阶段弹性设计的钢筋-沥青隔震层设计的相关计算公式,并通过一个算例说明该方法在理论上的可行性;按照钢筋-沥青复合隔震层的第一阶段设计简化计算模型,设计了相应的隔震层试件,进行了地震模拟振动台试验。通过将输入El-Centro(1940年5月18日)波和Taft(1952年7月21日)波与输出地震波的对比,研究了钢筋-沥青复合隔震层模型的振动特性。 第一阶段试验结果表明,隔震层加速度折减系数在0.38~0.55之间,说明隔震层的折减系数能达到工程第一阶段弹性设计的设计要求,隔震层有明显的减震效果。试验结果还表明不同的地震波输入下加速度折减系数βa略有不同,在加速度较大的情况下βa有一定的下降趋势。采用低幅值白噪声激励并用傅利叶变换分析得到的模型自振频率比计算值大,隔震层试件的自振频率在振后变低,而模型试件阻尼比在振后增加。采用最小二乘法分析振动台试验结果得到的自振频率与计算值接近,阻尼比随输入加速度幅值上升而上升。随着地震作用的增大,钢筋-沥青复合隔震层摩擦效应趋于明显。对比低幅值白噪声激励得到的结果,采用最小二乘拟合的方法更能真实反映地震作用下隔震层动力特性。试验结果还表明第一阶段弹性设计的简化模型不适用于在罕遇地震作用下的第二阶段弹塑性设计。 提出了一种钢筋-沥青复合隔震层在罕遇地震作用下考虑隔震层摩擦效应的模型用于第二阶段弹塑性设计。根据假定采用钢筋双线恢复力模型和wilson-θ积分法进行程序设计,得到了钢筋-沥青复合隔震层在罕遇地震作用下考虑垫层摩擦的非线性时程分析程序。设计了针对第二阶段弹塑性设计的隔震层试件进行罕遇地震振动台试验,考察研究了隔震层的安全储备和隔震层其他可能的破坏形态,研究了所提出的考虑垫层摩擦的隔震层简化模型的可靠性。 第二阶段弹塑性试验结果分析表明,未设置砖墩间沥青的隔震层加速度折减系数在0.55~0.85之间,试验结果说明理隔震层的折减系数能达到设计要求并在一定程度上优于设计值。与之前的试验结果对比可以看出,试验中去除砖墩间沥青的影响后,隔震层相对位移、加速度折减系数比有砖墩间沥青的都要大。试验测得的加速度值与时程分析程序得到的结果吻合较好。 为配合工程实践,在理论及试验分析的基础上得到了弹塑性位移验算的简化计算方法及限值,并给出一个算例。计算及试验结果证明,采用简化方法可以满足第二阶段弹塑性验算要求。提出了一套钢筋-沥青复合隔震层的施工步骤,并结合相关规范,提出了相应的构造要求。 本文对隔震技术进行了理论试验研究,成果为《农村民居实用隔震技术规程》的编制和钢筋-沥青隔震层的推广提供参考。


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