隔震建筑性能控制.pdf

1、中低層房屋采用疊層鋼板橡膠支座進(jìn)行基礎(chǔ)隔震，可以大幅度地提高抗震能力，但也存在一些不足，即當(dāng)隔震建筑遭遇地震波中的低頻成分時(shí)仍存在發(fā)生類共振的可能性。由于隔震層的剛度比上部結(jié)構(gòu)層間剛度小100倍，甚至更小，變形將集中發(fā)生在隔震層。為使隔震層具有較大的變形能力，需要采用直徑較大的隔震橡膠支座，但水平剛度和造價(jià)一般就要增大。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，橡膠支座直徑不可能用得太大，且一經(jīng)投入工程使用，其剛度和阻尼就不能再加以改變，地震時(shí)的水平位移就有

2、可能會(huì)超過(guò)其變形極限，導(dǎo)致發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。如何確保橡膠支座在罕遇地震或長(zhǎng)周期地震時(shí)的安全，同時(shí)控制上部結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)是一個(gè)急待解決的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，本文主要采取了4種保護(hù)措施： 1．發(fā)展和改進(jìn)了基礎(chǔ)隔震變剛度保護(hù)措施，即通過(guò)在隔震層引入附加彈簧來(lái)改變結(jié)構(gòu)周期，選取了恰當(dāng)?shù)膮?shù)，減小了隔震層變形。文中按照多質(zhì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析模型建編制了彈塑性分析程序。進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。理論與試驗(yàn)分析結(jié)果表明：變剛度隔震保護(hù)方案是合理可行的，能有

3、效改變結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，減小隔震層變形，同時(shí)還能使上部結(jié)構(gòu)層間剪力不明顯增大，具有很好的應(yīng)用前景。文中設(shè)計(jì)制作了變剛度隔震保護(hù)裝置，獲得了國(guó)家專利。 2．深入研究了基礎(chǔ)隔震軟著陸保護(hù)措施，即通過(guò)在隔震層增設(shè)一種由承載橡膠支座和一端具有摩擦滑動(dòng)面的、在正常使用狀態(tài)下增設(shè)不受豎向荷載的后備支座組成的并聯(lián)隔震體系，用以防止承載橡膠支座發(fā)生大變形失穩(wěn)破壞。本文在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，展示了限位保護(hù)措施的效果以及軸壓力轉(zhuǎn)移

4、的情況。理論分析與試驗(yàn)結(jié)果表明：軟著陸保護(hù)能有效保護(hù)承載支座免遭失穩(wěn)破壞，同時(shí)還能提供附加的阻尼，可以同時(shí)將隔震層和上部結(jié)構(gòu)的層間位移控制在允許范圍以內(nèi)。軟著陸保護(hù)為實(shí)際工程應(yīng)用提供了必要的理論與試驗(yàn)技術(shù)支持，不失為一種經(jīng)濟(jì)有效的基礎(chǔ)隔震保護(hù)措施。 3．采用新型巨電流變液設(shè)計(jì)了三種ER阻尼器，研究了智能隔震保護(hù)技術(shù)，申報(bào)了國(guó)家專利。對(duì)觸發(fā)限位型ER阻尼器隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析，編制了程序，通過(guò)實(shí)例分析，探討了其在限制支座大變形中

5、的作用，選取了恰當(dāng)?shù)膮?shù)。同時(shí)，對(duì)采用剪切閥式ER阻尼器結(jié)合各種算法進(jìn)行了智能隔震仿真對(duì)比分析，編制了分析程序，設(shè)計(jì)了模糊邏輯控制和位移限值控制算法，綜合考慮了隔震周期、隔震層阻尼比、上部結(jié)構(gòu)剛度、上部結(jié)構(gòu)阻尼比、半主動(dòng)控制中不同的權(quán)系數(shù)對(duì)控制效果的影響，選取了適宜的區(qū)間范圍，考慮了土和結(jié)構(gòu)相互作用的影響。此外，本文還設(shè)計(jì)了一種具有較大粘滯阻尼系數(shù)和可調(diào)系數(shù)的雙出桿雙缸ER阻尼器，進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，ER阻尼智能隔震是很好的隔震保

6、護(hù)方案，能有效地改善被動(dòng)隔震系統(tǒng)的性能，可用來(lái)防止隔震層因過(guò)大變形而失效破壞，同時(shí)也能控制和減少上部結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。此項(xiàng)成果為進(jìn)一步的研究和實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 4．本文采用MR阻尼器和改進(jìn)的實(shí)時(shí)控制程序進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)半主動(dòng)控制試驗(yàn)，通過(guò)和基礎(chǔ)固定、基礎(chǔ)隔震的對(duì)比，驗(yàn)證了該MR阻尼器在瞬時(shí)最優(yōu)、模糊邏輯控制、位移限值控制算法以及零場(chǎng)控制和滿場(chǎng)控制的效果以及相對(duì)于一般基礎(chǔ)隔震的優(yōu)越性。試驗(yàn)結(jié)果表明：智能隔震系統(tǒng)不僅能夠大幅度減小隔震層

7、的水平位移，有效保護(hù)隔震層和隔震支座，上部結(jié)構(gòu)層間位移反應(yīng)和加速度反應(yīng)也得到了有效的控制。采用MR阻尼器的智能隔震系統(tǒng)能夠有效地改善隔震結(jié)構(gòu)的性能，大大提高隔震建筑的安全可靠性。 此外，本文除了用以上方法來(lái)限制隔震支座過(guò)大位移，保護(hù)隔震層及其上部結(jié)構(gòu)外，還對(duì)一種具有自身限位復(fù)位功能的摩擦擺(FPS)支座進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，完成了國(guó)內(nèi)首個(gè)FPS隔震結(jié)構(gòu)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，通過(guò)有限元建模和分析對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。此外，本文還針對(duì)FPS