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近断层多维地震激励下串联隔震结构倒塌模拟

唐能  
【摘要】:在远场区域,隔震结构对减轻地震损害表现出的良好效果已经得到广泛的认同,将其应用到近断层区域内也是比较自然的想法。另外随着建筑用地的日趋紧张,地下室的利用也容易为人所考虑,结合这些因素,工程中出现了较多隔震支座放置在地下室悬臂柱顶的串联隔震结构。地震中,威胁人们生命和财产安全的主要因素莫非是建筑物的倒塌,目前针对串联隔震结构在近断层地震作用下响应特性、失效因素和倒塌模式的特殊性,尚未进行研究。为此,本文以串联隔震结构为对象,近断层地震动为输入,对其响应特征、倒塌机理以及有效抗倒塌措施进行了探讨,主要工作有如下几个方面: (1)首先分别介绍近断层地震动的基本特征以及对结构的影响、串联隔震系统的研究现状、目前结构倒塌过程模拟的难点以及基本途径。 (2)选择典型近断层多维地震实际记录波和相关的远程地震波作为输入,并比较考虑土与结构相互作用(SSI)后,对串联隔震结构地震响应进行计算,分析表明串联隔震结构在近断层地震作用下仍有一定的隔震效果,但位移响应有所放大,随着场地土的变软,考虑SSI和近断层的影响逐渐增大,特别是四类场地土影响增大显著。 (3)比较分析各种地震波以及不同长细比悬臂柱加连梁和不加连梁的地震响应分析,可知连梁对结构响应的影响极小。 (4)当由某种原因导致结构底层较薄弱时,特大地震作用下隔震与非隔震的倒塌过程模拟,结果表明近断层地震作用下底层薄弱时隔震结构比非隔震结构更容易发生倒塌。 (5)编制生死单元二次开发程序UACTIVE,根据与隔震垫弹簧相连单元的最大剪力或轴力达到隔震垫失效前的最大值杀死单元,以实现隔震垫失效而引起结构倒塌的模拟。 (6)为了控制特大地震作用下隔震层的位移,防止因隔震层位移过大而产生倒塌,在隔震层设置多级变刚度限位器,对其进行地震响应时程分析,结果表明该限位器可以很好的控制隔震层位移在有效范围,并通过合理选择刚度,验算抗震变形满足要求,且不影响多遇地震下的结构响应。 (7)对设置多级变刚度限位器的串联隔震结构倒塌模拟,分析该结构倒塌过程可知,结构的倒塌开始于底层位置,设计时应适当考虑加强结构底层,另外在隔震层设置多级变刚度限位器后,有效地防止了隔震层因位移过大失效而引起结构整体倒塌,倒塌发生在上部结构从而增加结构倒塌时的延性,为减少人员伤亡和财产损失创造了宝贵的时间。


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