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橡胶隔震支座的刚度特征与隔震建筑的性能试验研究

曾德民  
【摘要】: 近年来,基础隔震技术的应用越来越广泛,同时一些新的隔震体系如混合隔震和智能隔震系统也受到了研究人员的关注。本文的研究工作主要包括三个部分:1)隔震支座分析模型的归纳总结、隔震支座与结构柱串联系统和串联组合支座的水平刚度特性的理论和试验研究;2)铅芯橡胶支座隔震体系在多维地震动输入下的振动台试验;3)磁流变阻尼器+橡胶支座的智能隔震体系在单向水平地震动输入下的振动台试验。主要的创新工作和成果如下: 1.在总结和讨论多个隔震支座和阻尼器分析模型的特点和适用性的基础上,着重分析了隔震支座与结构柱串联系统和组合支座水平刚度特性的计算方法,对典型参数的影响进行了分析。数值计算表明,由于在一般情况下柱的变形很小,结构柱与橡胶支座直接串联的做法是允许的;当橡胶支座的直径比较大时,应用组合支座有利于发挥其多遇地震作用下的隔震效果。 2.对铅芯隔震组合支座的竖向和水平向的刚度特性进行了试验研究,比较了单个支座和组合支座的竖向刚度、水平等效刚度、等效阻尼比和水平屈服后刚度等特性,得出了组合支座的刚度特性主要由较小的支座决定,阻尼特性主要由较大的支座决定。研究表明铅芯橡胶支座中的铅芯在一定程度上增加了支座的剪切刚度,对弯曲刚度的影响则可以忽略不计,并按照这一结果给出了考虑铅芯修正的组合支座的水平刚度计算公式,通过理论公式的计算结果与试验实测值的比较,验证了理论公式的适用性。 3.设计、完成了二分之一比例的三层钢框架铅芯支座隔震模型在多维地震输入下的振动台试验,考察了在不同水准的地震波输入时,竖向和三向地震动输入对水平隔震效果的影响和上部结构的竖向地震反应差异,发现多向地震动输入对隔震结构隔震效果的影响不能忽视,这一情况在抗震设计中应适当加以考虑。 4.建立了由磁流变阻尼器+普通橡胶隔震支座的水平复合隔震体系的地震反应控制计算方法,控制算法包括经典线性最优控制(COC,Classic Optimum Control)、瞬时最优控制(IOC,Instantaneous optimum Control)、线性二次高斯法(LQG,LinearQuadratic Gaussian),并对国内研制的MRF-04K磁流变阻尼器进行了性能试验,确认了其力学性能和参数。 5.设计、完成了二分之一比例的三层钢框架混合隔震模型在单向水平地震动输入下的振动台试验。通过试验,考察了在不同条件和情况下的被动控制和智能控制的隔震结构的水平隔震效果,论证了磁流变阻尼器+橡胶隔震支座这一水平复合隔震体系的实用性和各种控制算法的有效性。 6.结合工程实例,论证了隔震减震复合技术在实际工程中应用的可行性和合理性,对隔震减震元件的选型、性能试验、施工安装等技术细节进行了讨论。实例分析表明,隔震减震复合技术在大型建筑中的应用还有很大的发展空间。


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