脈沖型地震下考慮支座位移需求的減震—隔震體系抗震性能研究.pdf

1、在過去的二十年里，隔震技術(shù)已經(jīng)被證明是一種非常有效的抗震技術(shù)，在民用建筑、橋梁以及工業(yè)建筑中得到了廣泛的應(yīng)用?；A(chǔ)隔震技術(shù)是通過在結(jié)構(gòu)底部安裝具有較低抗側(cè)剛度的隔震支座，使結(jié)構(gòu)基本自振頻率遠(yuǎn)離地震動(dòng)的高頻成分，從而減小上部結(jié)構(gòu)地震作用的一種被動(dòng)抗震技術(shù)。由此可見，對(duì)于能量集中分布在中、高頻段的遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)，基礎(chǔ)隔震技術(shù)非常有效。但是，對(duì)于包含長(zhǎng)周期、大幅值以及高能量輸入頻率成分的脈沖型地震動(dòng)，基礎(chǔ)隔震技術(shù)的有效性則值得商榷?，F(xiàn)有的研究已經(jīng)

2、表明，隔震支座在脈沖型地震作用下可能會(huì)發(fā)生屈曲、拉裂等破壞，影響上部結(jié)構(gòu)的安全。為此，本文圍繞脈沖型地震作用下，隔震支座的位移需求和分別采用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和粘滯阻尼器對(duì)隔震支座位移進(jìn)行控制的減震-隔震混合控制體系的動(dòng)力響應(yīng)、能量耗散機(jī)理以及抗震性能展開了以下幾方面的研究工作:
　　(1)對(duì)既有關(guān)于近斷層區(qū)域劃分以及脈沖型地震動(dòng)特征的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，在此基礎(chǔ)上建立了脈沖型地震動(dòng)的選取準(zhǔn)則，利用該選波準(zhǔn)則從PEER中選取了本文后續(xù)

3、工作所需的脈沖型地震記錄，通過對(duì)脈沖型地震記錄的功率譜進(jìn)行分析，研究了其頻譜特征;對(duì)現(xiàn)有普通地震動(dòng)的合成方法以及速度脈沖的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了總結(jié)，在此基礎(chǔ)上通過對(duì)目標(biāo)響應(yīng)譜進(jìn)行擬合得到了脈沖型地震動(dòng)的高頻分量，利用He-Agrawal模型合成速度脈沖分量，將兩者進(jìn)行疊加得到包含高頻分量和低頻分量的合成脈沖型地震動(dòng)，通過對(duì)合成地震動(dòng)的功率譜進(jìn)行分析，探討了該合成方法的可行性。
　　(2)對(duì)脈沖型地震作用下隔震支座非彈性位移需求的估算方法

4、進(jìn)行了研究。建立了隔震結(jié)構(gòu)彈性位移需求譜和等強(qiáng)度位移需求譜的相關(guān)方程，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行編程和求解得到了隔震結(jié)構(gòu)的彈性位移需求譜、等強(qiáng)度位移需求譜和等強(qiáng)度位移比譜;對(duì)彈性位移需求譜和等強(qiáng)度位移比譜的譜形特征進(jìn)行了分析，利用曲線擬合方法得到了彈性位移需求譜和等強(qiáng)度位移比譜的計(jì)算公式，通過與真實(shí)地震記錄的彈性位移需求譜和等強(qiáng)度位移比譜進(jìn)行對(duì)比，探討了本文所建立計(jì)算公式的合理性;最后，將彈性位移需求譜和等強(qiáng)度位移比譜的計(jì)算公式進(jìn)行聯(lián)立，得到

5、了等強(qiáng)度位移需求譜的計(jì)算公式，利用該公式可以快速地估算出隔震支座在脈沖型地震作用下的非彈性位移需求。
　　(3)分別研究了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和粘滯阻尼器的安裝對(duì)隔震支座以及上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。建立了LRB結(jié)構(gòu)、TMD-LRB體系以及Dsup-LRB體系的非線性運(yùn)動(dòng)方程，運(yùn)用MATLAB編程求解了結(jié)構(gòu)在脈沖型地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)，通過與LRB結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，分別研究了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和粘滯阻尼器的安裝對(duì)隔震支座位移響應(yīng)和上部結(jié)構(gòu)層間位移

6、響應(yīng)和加速度響應(yīng)的影響;進(jìn)一步研究了速度脈沖周期、支座屈服力、屈服后與屈服前的剛度比、調(diào)諧質(zhì)量比、調(diào)諧頻率比以及由粘滯阻尼器產(chǎn)生的附加阻尼比對(duì)隔震支座和上部結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)的影響;最后，建立了LRB結(jié)構(gòu)、TMD-LRB體系以及Dsup-LRB體系的能量平衡方程，運(yùn)用MATLAB編程求解了結(jié)構(gòu)的能量響應(yīng)，通過對(duì)地震動(dòng)輸入能、結(jié)構(gòu)阻尼耗能以及隔震支座滯回耗能的對(duì)比分析，從能量耗散的角度研究了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和粘滯阻尼器的安裝能夠削弱結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的

7、原因。
　　(4)研究了粘滯阻尼器的安裝對(duì)上部結(jié)構(gòu)和隔震支座抗震性能的影響。對(duì)LRB結(jié)構(gòu)和Dsup-LRB體系進(jìn)行非線性增量動(dòng)力分析，得到了上部結(jié)構(gòu)和隔震支座的IDA曲線，對(duì)單條IDA曲線和多條IDA曲線的特征進(jìn)行了分析，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)得到上部結(jié)構(gòu)和隔震支座的16％、50％和84％分位IDA曲線，從統(tǒng)計(jì)的角度對(duì)兩者的抗震性能進(jìn)行了分析;進(jìn)一步對(duì)LRB結(jié)構(gòu)和Dsup-LRB體系進(jìn)行了地震易損性分析，得到了上部結(jié)構(gòu)和隔震支座在不同極限狀態(tài)下