橡膠支座基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)采用摩擦消能的減震研究.pdf

1、本文研究是結(jié)合我校青年基金及省自然科學(xué)基金項(xiàng)目進(jìn)行的。該課題除基礎(chǔ)隔震體系外，還涉及隔震層采用摩擦耗能部件的減震研究，屬結(jié)構(gòu)隔震減震防災(zāi)課題。 課題研究中基于有限元理論，采用適當(dāng)?shù)臉?gòu)件模型和隔震部件模型，利用ANSYS程序，對(duì)未隔震結(jié)構(gòu)、摩擦支座隔震、疊層橡膠支座隔震及同時(shí)采用摩擦支座和橡膠支座隔震四種情形下的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震反應(yīng)分析。 通過(guò)分析，研究了不同情況下混凝土結(jié)構(gòu)的反應(yīng)規(guī)律特點(diǎn)。通過(guò)三種隔震體系的地震反應(yīng)分

2、析及比較，研究了采用摩擦阻尼的橡膠隔震的抗震減震性能。特別是對(duì)采用摩擦阻尼的橡膠隔震中的摩擦阻尼和橡膠恢復(fù)力的配置進(jìn)行了研究，提出了表示摩擦阻尼力和橡膠恢復(fù)力兩者相對(duì)比例關(guān)系的一個(gè)比值R，稱之為阻尼與恢復(fù)力配置比，通過(guò)分析不同配置比情況下結(jié)構(gòu)的隔震性能，得出一些有意義的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。最后探討了設(shè)計(jì)方法。 在分析中，摩擦支座的模擬采用了ANSYS軟件中的點(diǎn)面接觸方法。利用接觸單元模擬摩擦支座，充分利用了接觸

3、單元能較好地模擬摩擦的優(yōu)點(diǎn)，以往文獻(xiàn)中采用接觸單元來(lái)模擬摩擦隔震少見(jiàn)。摩擦又是一個(gè)強(qiáng)非線性問(wèn)題，如果模型建立不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的錯(cuò)誤。因此，本文對(duì)采用點(diǎn)面接觸方式來(lái)模擬摩擦支座方法進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證。通過(guò)與典型算例進(jìn)行對(duì)比，證明該方法是可行的，其結(jié)果是正確的。另一方面，疊層橡膠隔震支座的水平恢復(fù)力模型采用雙線性模型，豎向力-變形采用線彈性模型，因此橡膠支座的力學(xué)模型通過(guò)采用兩種單元相組合的方式來(lái)模擬，水平方向采用考慮粘滯阻尼的彈塑性彈簧單元c

4、ombin40，該單元采用雙線性的強(qiáng)化模型，考慮了粘滯阻尼的影響，豎向的線性彈簧單元采用combinl4。 研究表明，在采用橡膠隔震時(shí)，上部結(jié)構(gòu)基本以“整體平動(dòng)”為主，加速度仍然向上傳遞，層間剪力和層間位移均較小，最大剪力發(fā)生在底層；摩擦隔震時(shí)，層間剪力、層間位移和最大加速度均比橡膠隔震時(shí)大，最大剪力可能發(fā)生在中部樓層。 當(dāng)采用摩擦阻尼的橡膠隔震時(shí)，層間剪力、層間位移和最大加速度均接近于橡膠隔震，但是隔震層位移又比橡膠隔

5、震小，而殘余位移又明顯小于摩擦隔震，故其隔震性能要優(yōu)于橡膠隔震和摩擦隔震。采用摩擦阻尼的橡膠隔震，可以明顯減少上部結(jié)構(gòu)的加速度和層剪力，減震性能優(yōu)良。采用摩擦阻尼的橡膠隔震時(shí)，選定合適的摩擦阻尼，采用較小的橡膠恢復(fù)力可以取得更好的隔震效果。研究表明，當(dāng)R=10～3.3時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)接近，加速度衰減明顯，層間位移小，殘余位移稍大，隔震效果比較理想；當(dāng)R=2、R=1時(shí)，結(jié)構(gòu)頂層加速度較大。該結(jié)論可為進(jìn)一步的理論分析及實(shí)際工程中采用摩

6、擦阻尼的橡膠隔震系統(tǒng)提供參考。 隔震結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，是影響推廣使用的重要因素。為此，本文以采用摩擦阻尼的橡膠隔震的框架結(jié)構(gòu)和未隔震的框剪結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，分析了兩個(gè)結(jié)構(gòu)框架柱地震剪力相同時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。結(jié)果表明，采用摩擦阻尼的橡膠隔震的框架結(jié)構(gòu)，可以比未隔震的框剪結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)或持平時(shí)，但抗震性能大大改善。 在前述研究基礎(chǔ)上，分析了隔震設(shè)計(jì)的方法、步驟，對(duì)減震系數(shù)和分步設(shè)計(jì)法進(jìn)行了探討，在此基礎(chǔ)上探討了優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法，