新型復合隔震體系的試驗、模擬及分析.pdf

1、隨著近年來地震災害的頻發(fā)和建筑技術的發(fā)展,人們對結(jié)構抗震提出了更高的要求。結(jié)構隔震作為一種經(jīng)濟有效的減震方式,越來越受到廣大工程人員的推崇,盡管它具有各種各樣的優(yōu)點,經(jīng)濟性和適用性仍然成為推廣使用的最大阻礙。因此一直以來,許多學者都在致力于對現(xiàn)有隔震技術進行改良以及開發(fā)新的隔震裝置。本文以新型的隔震裝置和隔震技術為研究目標,對包括兩種隔震裝置在內(nèi)的新型基礎隔震方法進行了振動臺試驗和理論研究。
　　 有研究表明,在地震動自下而上的

2、傳播過程中,軟土地基過濾了大部分高頻地震動,僅留下低頻成分,而且加速度峰值得到減小。從土-結(jié)構動力相互作用出發(fā),課題組提出了軟土-鉸接樁的隔震方法,該方法是通過在樁身上設置兩個剛度薄弱點,薄弱點之間填充有低動剪模量的軟土來實現(xiàn)隔震。為驗證該裝置的隔震性能,本文作者與課題組成員利用循環(huán)單剪系統(tǒng)(Cyclic Simple Shear System),自主開發(fā)了小型振動臺,采用層狀海綿作為模型軟土,進行了海綿模型土-鉸接樁-上部結(jié)構的振動臺

3、試驗以及對比試驗。試驗結(jié)果表明,該裝置能夠有效減小上部結(jié)構的地震響應。為了獲取該裝置的本構關系,作者與課題組成員利用循環(huán)單剪系統(tǒng)的往復加載裝置,對海綿模型土-鉸接樁體系進行了低周往復剪切試驗,獲得了該體系的滯回曲線和骨架曲線,并在此基礎上,利用時程分析法的計算機程序?qū)Σ捎迷摳粽痼w系的結(jié)構和不采用隔震體系的結(jié)構分別進行了計算分析,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。
　　 軟土-鉸接樁隔震體系的隔震性能通過試驗和計算得到了驗證,但在工程實

4、際上尚有一些問題有待解決。針對我國農(nóng)村民居量大面廣的現(xiàn)狀與對經(jīng)濟性要求較高的特點,以尚守平教授為主的課題組提出了鋼筋-瀝青復合隔震層這種新型的隔震裝置。該隔震裝置由鋼筋、瀝青、磚、混凝土等常見建材構成,利用鋼筋的豎向承載力高,水平剪切剛度低的特點實現(xiàn)隔震,利用磚墩的承載力作為大震情況下的安全儲備。為了研究該隔震層的隔震性能,進行了不同工況下的振動臺試驗。試驗結(jié)果表明,該隔震層隔震性能好,能夠大幅衰減傳遞至上部結(jié)構的地震動,在地震中相對位

5、移較小,在大震下的穩(wěn)定性和安全儲備較高,在遠超過設計烈度的地震激勵下仍能保持良好的隔震性能并不致倒塌。
　　 為彌補試驗的不足,以研究更多在試驗室里難以實現(xiàn)的情況,如大比例甚至足尺模型的動力試驗,利用大型有限元軟件MSC.MARC,對鋼筋-瀝青復合隔震層建立了非線性有限元模型。利用鋼筋非線性子程序UBEAM和非線性彈簧子程序USPRNG,分別模擬了鋼筋的非線性情況和磚墩-上梁之間相互作用關系的非線性情況,引入了瀝青油膏的溫度影響

6、系數(shù)。為驗證該模型,對振動臺試驗的各個試件的模態(tài)進行了計算,對振動臺試驗的各個工況進行了三維有限元時程分析,并將分析結(jié)果與試驗結(jié)果對比,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,驗證了該模型的準確性和合理性。最后利用該模型,分別建立了不同高度的砌體結(jié)構和框架結(jié)構有限元模型,設計并建立了相應的墻下條形隔震層模型和柱下獨立基礎式隔震層,對鋼筋-瀝青復合隔震層在不同高度的砌體結(jié)構和框架結(jié)構中的動力性能和隔震效果進行了數(shù)值模擬,并對計算結(jié)果進行了歸納和分析,