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隔震结构在地震作用下的扭转响应分析

王国祥  
【摘要】:结构振动控制技术的研究和应用具有十分广阔的前景,结构控制技术的设防措施给土木工程抗震和抗风等设计带来了本质上的飞跃,其巨大的经济、社会效益已在地震中得到了验证。其中被动控制之一的基础隔震由于具有有效、安全、耐久、适用、经济等优点而广泛使用.成为各国学者研究开发的热点。基础隔震技术有了很大的发展,但是由于地震动的不确定因素,还有很多方面需进一步研究。长期的地震灾害调查、试验以及理论分析表明:建筑物在地震作用下,不仅会产生平动,而且会产生扭转振动,本文在地震动的扭转分量对隔震结构的影响进行了初步探索。 目前,国内外对基础隔震结构扭转反应的研究比较少,对抗震结构在地震动扭转分量下的响应的影响研究较少,而对隔震结构在地震动的扭转分量、地震动的摇摆分量下的响应影响的研究更少。因此研究基础隔震结构扭转反应是十分必要的也是具有很高的参考价值的。本文考虑结构本身偏心以及地震动的扭转分量的输入对隔震结构的影响。 1、本文针对隔震结构,建立了平-扭耦联模型,推导了振动方程。通过水平地震动生成地震动的扭转分量和摇摆分量,并以四层隔震框架结构为算例,分析了引起结构扭转的内部因素(偏心率)对结构扭转响应的影响,结果表明:上部结构及隔震层偏心率在30%以内时,隔震层的偏心率对隔震层的扭转角有较大的影响而对上部结构的层间位移、上部结构的层间扭转角以及隔震层的位移影响极小;上部结构的偏心率对隔震层的扭转角和位移影响不大,但对上部结构的扭转角和位移有较大的影响,并且随上部结构偏心率的增大,上部结构的层间转角和层间位移都是增大的;当上部结构的偏心率较小时,隔震层的偏心率对上部结构的层间扭转角有明显的影响,当上部结构的偏心率较大时,隔震层的偏心率对对层间扭转角的影响将变小。 2、通过matlab软件编制程序生成地震动的扭转分量及地震动的摇摆分量,首先将此地震动分量作为输入,采用ANSYS软件形成隔震结构的分析模型,分析了引起结构扭转的外部因素(地震动的扭转分量、地震动的摇摆分量)对结构扭转响应的影响,结果表明对于隔震结构单向绕z方向的扭转和单向绕y方向的扭转可能使支座进去塑形,但支座产生的位移不大于1.2mm;单向x平动地震动对隔震结构产生的位移与绕z轴、绕y轴、平动x轴同时输入时对隔震结构产生的位移相比可能增大也可能减小,但增大率的幅度不会超过-2.5%~+2.5%;单向绕z轴扭转或单向绕y轴扭转的地震动对结构产生的位移与绕z轴、绕y轴、平动x轴同时输入时对隔震结构产生的位移相比,其百分比在10%以内,地震动的扭转分量所造成的结构的扭转响应比地震动的摇摆分量造成的要大。 3、地震动的频谱特性对结构的响应相对较明显。


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