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《湖南大学》 2011年
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新型复合隔震体系的试验、模拟及分析

姚菲  
【摘要】:随着近年来地震灾害的频发和建筑技术的发展,人们对结构抗震提出了更高的要求。结构隔震作为一种经济有效的减震方式,越来越受到广大工程人员的推崇,尽管它具有各种各样的优点,经济性和适用性仍然成为推广使用的最大阻碍。因此一直以来,许多学者都在致力于对现有隔震技术进行改良以及开发新的隔震装置。本文以新型的隔震装置和隔震技术为研究目标,对包括两种隔震装置在内的新型基础隔震方法进行了振动台试验和理论研究。 有研究表明,在地震动自下而上的传播过程中,软土地基过滤了大部分高频地震动,仅留下低频成分,而且加速度峰值得到减小。从土-结构动力相互作用出发,课题组提出了软土-铰接桩的隔震方法,该方法是通过在桩身上设置两个刚度薄弱点,薄弱点之间填充有低动剪模量的软土来实现隔震。为验证该装置的隔震性能,本文作者与课题组成员利用循环单剪系统(Cyclic Simple Shear System),自主开发了小型振动台,采用层状海绵作为模型软土,进行了海绵模型土-铰接桩-上部结构的振动台试验以及对比试验。试验结果表明,该装置能够有效减小上部结构的地震响应。为了获取该装置的本构关系,作者与课题组成员利用循环单剪系统的往复加载装置,对海绵模型土-铰接桩体系进行了低周往复剪切试验,获得了该体系的滞回曲线和骨架曲线,并在此基础上,利用时程分析法的计算机程序对采用该隔震体系的结构和不采用隔震体系的结构分别进行了计算分析,计算结果与试验结果吻合良好。 软土-铰接桩隔震体系的隔震性能通过试验和计算得到了验证,但在工程实际上尚有一些问题有待解决。针对我国农村民居量大面广的现状与对经济性要求较高的特点,以尚守平教授为主的课题组提出了钢筋-沥青复合隔震层这种新型的隔震装置。该隔震装置由钢筋、沥青、砖、混凝土等常见建材构成,利用钢筋的竖向承载力高,水平剪切刚度低的特点实现隔震,利用砖墩的承载力作为大震情况下的安全储备。为了研究该隔震层的隔震性能,进行了不同工况下的振动台试验。试验结果表明,该隔震层隔震性能好,能够大幅衰减传递至上部结构的地震动,在地震中相对位移较小,在大震下的稳定性和安全储备较高,在远超过设计烈度的地震激励下仍能保持良好的隔震性能并不致倒塌。 为弥补试验的不足,以研究更多在试验室里难以实现的情况,如大比例甚至足尺模型的动力试验,利用大型有限元软件MSC.MARC,对钢筋-沥青复合隔震层建立了非线性有限元模型。利用钢筋非线性子程序UBEAM和非线性弹簧子程序USPRNG,分别模拟了钢筋的非线性情况和砖墩-上梁之间相互作用关系的非线性情况,引入了沥青油膏的温度影响系数。为验证该模型,对振动台试验的各个试件的模态进行了计算,对振动台试验的各个工况进行了三维有限元时程分析,并将分析结果与试验结果对比,计算结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的准确性和合理性。最后利用该模型,分别建立了不同高度的砌体结构和框架结构有限元模型,设计并建立了相应的墙下条形隔震层模型和柱下独立基础式隔震层,对钢筋-沥青复合隔震层在不同高度的砌体结构和框架结构中的动力性能和隔震效果进行了数值模拟,并对计算结果进行了归纳和分析,得出了一系列有用的结论。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU352.12

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【二级参考文献】
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