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基于新型三维隔震支座的单层柱面网壳结构隔震性能研究

刘逸凡  
【摘要】:近几十年来,随着社会经济的快速发展,大跨空间网壳结构凭借独特的优势在国内外得到广泛的应用。然而,在2013年芦山地震中,较多的网壳结构发生的震害现象较为严重,激起了广大学者对大跨空间结构抗震性能研究的热潮。事实表明,目前多数大跨空间结构尚不能完全抵抗强地震作用,因此,亟需提出改善空间结构抗震性能的有效方法。本文基于一种新型的三维隔震支座TISS(the Threedimensional Isolation Spring Support),提出了单层柱面网壳结构的三种隔震体系,分别为基础、柱顶和双重隔震体系。为研究三种体系的隔震性能,本文对单层柱面网壳结构的缩尺模型分别进行了振动台试验数据分析和有限元分析,并对单层柱面网壳结构足尺模型进行了有限元参数分析。主要研究内容和成果如下:(1)单层柱面网壳结构振动台试验数据分析分别将基础、柱顶和双重隔震体系的单层柱面网壳结构缩尺模型振动台实测数据与非隔震试验数据进行对比分析,获得了测点响应特点和规律。通过对比三种隔震模型的测点响应数据,发现基础和柱顶隔震体系的隔震效果基本相当,双重隔震体系具有更优的隔震效果。(2)单层柱面网壳结构振动台试验数值模拟采用ABAQUS对单层柱面网壳结构的三种隔震体系进行有限元模拟,分别对柱顶、基础和双重隔震试验进行数值重现,得到三种体系的模态参数与响应时程曲线。通过对实测数据与有限元模拟值进行对比分析,发现所建立的三种隔震体系有限元模型能够对试验的各项结果较好地重现,证明了所提出的单层柱面网壳结构三种隔震体系的模拟方法是合理的,能够较好地重现振动台试验。(3)单层柱面网壳结构隔震性能参数分析针对实际的单层柱面网壳结构,对柱顶、基础和双重隔震体系进行有限元参数分析,并对其隔震性能分别与非隔震模型进行对比。同时,探究结构参数(框架截面尺寸、框架高度和网壳矢跨比)对于TISS在单层柱面网壳结构中的隔震性能的影响规律。发现,随着输入地震能量的增加,TISS的隔震性能逐渐增强,达到一定程度后保持稳定,而在双重隔震体系中具有最优的隔震效果。同时,TISS对于柱面网壳结构各参数均具有良好的适应能力。


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