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隔震结构-设备组合体系混合减震设计研究

王宝平  
【摘要】:隔震技术多用于一些功能性建筑物,如医院、变电站、电信控制中心、金融系统(银行、证券、保险)的信息和数据中心等,目前的设计方法忽略了结构与设备的动力相互作用,且仅满足隔震结构的抗震性能要求,对于设备的安全性无法保障,导致建筑功能得不到正常发挥。因此,本文考虑设备与隔震结构的相互作用,选取隔震结构-设备组合体系,对该体系进行减震设计,提出两种混合减震方法,达到设备及隔震结构同时减震的目的。相关研究内容及结论如下:(1)给出一种隔震-调谐质量阻尼器(BIS-TMD)混合减震的减震设计方法。建立隔震结构-设备组合体系的动力分析模型,通过优化设备连接处和隔震层参数,达到设备和隔震结构同时减震的要求。工程实例分析表明,与仅考虑隔震结构的抗震要求的设计相比,采用混合减震的设计,隔震结构的响应均有所减小,且设备的加速度峰值减小45%,可同时满足隔震建筑及设备的抗震要求。(2)当结构中设置有多个设备时,提出在多个设备之间设置黏弹性阻尼器,达到设备减震的目的。将连接黏弹性阻尼器的两个设备及隔震结构简化为三自由度体系,推导了隔震结构-设备组合体系的运动微分方程并基于能量最小原理,求出黏弹性阻尼器最优参数的解析解。通过数值算例分析,与不设置阻尼器的组合体系相比,设置黏弹性阻尼器对两个设备的加速度峰值均有所减小,最大为43%,可满足设备在地震中正常运行,但对隔震结构的响应,与未设置阻尼器时相比,隔震结构的响应基本持平。(3)给出一种隔震-黏弹性阻尼器(BIS-VED)混合减震的减震设计方法。对附加黏弹性阻尼器的隔震结构-设备组合体系的影响因素进行参数化分析,确定阻尼器的刚度系数和阻尼系数、隔震层参数是影响阻尼器控制效果和减震效果的重要参数。基于能量最小原理,采用非线性规划的优化方法,求得黏弹性阻尼器及隔震层的最优参数。数值算例表明,与不设置阻尼器的组合体系相比,隔震-黏弹性阻尼器混合减震时,两个设备的加速度峰值均有所减小,最大为47%。与仅设置黏弹性阻尼器的组合体系相比,两个设备的加速度峰值分别减小13%、47%,同时隔震层水平位移降低13%,上部结构各层间位移角均减小6%左右。


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