基础隔震结构的抗震性能分析及输入地震动研究

论文摘要

隔震结构是近三十年飞速发展的一种不同于传统结构的被动控制体系。在上部结构和基础之间引入一个侧向刚度小而竖向刚度大的隔震层,即通过隔震层的耗能装置,而不是由结构或结构构件来吸收消耗地震能量。本文以一个八层钢筋混凝土框架基础隔震结构为例：考虑到隔震结构周期较长的特点,结合实际地震动调整的小波方法,对结构输入调整前后的地震动进行抗震性能分析。本文主要从以下几个方面进行研究：(1)探讨了隔震结构在国内外的历史进展及未来发展趋势,分析隔震体系的基本原理,隔震装置的主要类型及性能并讨论了隔震技术及隔震结构计算方法。(2)对框架结构采用层剪切模型,对叠层橡胶支座采用双线性弹簧模拟,建立三维有限元分析模型,对结构的整体自振特性进行分析并探讨了高阶振型对结构地震反应的影响。以单向反应谱法和单向地震动输入对结构进行弹性地震反应分析,研究多遇地震作用下结构的整体受力变形,并为进一步研究隔震结构的动力特性打下基础。通过数值对比,得出隔震结构能大大减轻结构的水平地震作用,得到一些对实际隔震结构抗震设计有价值的结果。(3)基础隔震结构具有周期长、隔震层变形大的特点,规范对隔震结构时程分析输入地震动的选取规定不够统一。本文探讨了隔震结构时程分析输入地震动的新方法,对结构选波控制指标难于指导实际工程设计的现状提出新思路：考虑到小波分析方法具有自适应时频窗的优点,对地震动的调整具有很强的优越性,其能合理考虑场地类别、频谱特性、振幅对地震动的影响,尤其是对隔震结构敏感的低频长周期地震动。通过输入基于小波方法调整后的地震动,对隔震结构进行时程分析。比较调整前后结构的动力特性,以结构的基底剪力、顶层位移作为控制指标,以反应谱法计算结果作为基准,对调整前后的结果对比分析,认为调整后结构反应的离散性小,且调整后的基底剪力与反应谱法计算结果有更好的接近,即调整后的地震动更易满足规范对结构时程分析输入的选择要求,其计算方法能够更全面反映出设计地震动的特性,计算结果能更好地满足时程分析输入地震动的特征,为以后的实际工程抗震设计提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文的研究背景及研究意义
• 1.3 基础隔震技术在国内外的发展及现状
• 1.4 输入及记录地震动的研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 基础隔震装置的力学特性及计算分析模型
• 2.1 隔震装置概要及性能评价
• 2.1.1 基础隔震结构的特点
• 2.1.2 叠层橡胶隔震支座的构造
• 2.1.3 叠层橡胶支座的力学性能
• 2.2 隔震装置的力学性能及规范要求
• 2.2.1 基础隔震设计要点
• 2.2.2 隔震层的设计与构造要求
• 2.2.3 隔震体系的各项参数计算
• 2.2.4 隔震层位移与承载力验算要求
• 2.3 单质点模型
• 2.3.1 单质点模型适用的结构
• 2.3.2 单质点模型计算方法
• 2.4 多质点模型
• 2.4.1 多质点模型适用的结构
• 2.4.2 多质点模型计算方法
• 3 框架结构采用叠层橡胶支座的基础隔震分析
• 3.1 叠层橡胶基础隔震实例模型
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 隔震支座构件的布置和选择
• 3.1.3 隔震层参数计算
• 3.2 传统结构与隔震结构下的动力反应分析
• 3.2.1 SAP2000中对于建立模型的要点
• 3.2.2 本设计实例采用的地震波
• 3.2.3 传统结构与隔震结构在八度多遇地震下的时程分析
• 3.2.4 隔震结构在八度水平地震作用下的拉应力验算
• 3.3 竖向地震作用下隔震结构的动力反应分析
• 3.3.1 隔震结构在多遇地震作用下的分析
• 3.3.2 隔震结构在罕遇地震作用下的时程分析
• 3.3.3 隔震结构与传统抗震结构的理论分界线
• 3.4 隔震结构实用设计方法
• 3.4.1 隔震设计基本原则
• 3.4.2 我国对隔震结构的规范要求
• 3.4.3 隔震结构的简化计算方法
• 4 小波调整地震动输入对基础隔震结构的时程分析
• 4.1 输入地震动的重要性
• 4.1.1 对于隔震结构如何预测地震动
• 4.1.2 预测、设定地震动的方法
• 4.1.3 输入地震动的确定及小波方法调整
• 4.2 二阶基数B-样条小波调整地震动及反应谱分析
• 4.2.1 小波方法调整地震动的优越性
• 4.2.2 小波方法调整地震动的基本步骤
• 4.2.3 反应谱方法分析
• 4.3 调整前后地震动输入的动力时程分析对比
• 4.3.1 调整前后的顶层加速度对比
• 4.3.2 调整前后基底剪力对比
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献