竖向地震作用对隔震结构影响的研究

论文摘要

地震灾害是人类遭受的最严重的自然灾害之一,会给人类的生命及财产带来巨大的威胁。地震波包括水平地震分量和竖向地震分量,传统观念认为水平地震分量是造成建筑物破坏的主要原因,而大量的震害现象和地震记录显示,在高烈度区竖向地震对建筑物的影响是很明显的。很多震害现象表现为结构出现水平环缝或掉头,还有的结构底层遭到破坏而上部结构垂直下落,这些现象都表明在一些地震中竖向地震作用不容忽视。隔震结构体系是区别于传统抗震结构体系的一种工程结构减震控制体系,通过设置隔震装置来消耗地震的能量,从而减小隔震层上部结构的地震反应。隔震装置水平刚度很小,地震中结构水平位移集中于隔震装置,上部结构层间水平位移很小,几乎只作整体平动,结构地震反应很小。竖向地震作用的重要性以经被证实,某些结构抗震设计中必须考虑,而隔震结构由于其特殊性,抗震设计时必须考虑竖向地震的影响。本文主要研究工作为竖向地震作用对基础隔震结构隔震效果的影响。文中应用SAP2000结构分析软件建立一组基础隔震结构模型进行非线性时程分析。分析时采用两种地震波输入形式:一种是同时输入水平地震波和竖向地震波,另一种是仅输入水平地震波。通过分析比较考虑和不考虑竖向地震分量时隔震结构隔震层和屋顶位移,加速度等指标,得出竖向地震分量对基础隔震结构的影响程度。根据本文算例,得出以下主要结论:（1）隔震结构在地震作用下屋顶相对位移很小,说明结构位移主要产生在隔震层。隔震结构在竖向地震作用和水平地震作用同时作用下,由于结构的几何非线性,其水平振动与竖向振动将互相偶联,所以竖向地震作用会加强结构水平地震反应。（2）7度多遇和7度罕遇地震作用下,竖向地震作用会增大隔震结构水平方向加速、位移的度峰值和频率,由于不同地震波的峰值和频率不同,其增大程度不同。根据本文算例,竖向地震对结构水平方向加速度放大率一般在10%-20%之间,最高可达20%以上,其中对顶层的影响大于对隔震层的影响;竖向地震作用对隔震结构水平方向位移峰值和频率的放大率受地震波的影响较大,在人工地震波作用下,竖向地震对结构的水平位移影响很小,不超过2%。但在实测强震作用下,竖向地震对结构的水平位移放大最多可接近10%。（3）7度多遇和7度罕遇地震作用下,竖向地震作用会明显增大结构竖直方向的加速度峰值和频率,增大幅度随地震波的选取不同而不同,但明显大于其对结构水平方向加速度的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国地震带分布和地震历史
• 1.2 竖向地震的震害现象
• 1.3 需要考虑竖向地震抗震设计的结构类型
• 1.4 结构抗震控制概况
• 1.4.1 传统抗震方法
• 1.4.2 工程结构减震控制
• 1.5 隔震技术
• 1.5.1 隔震技术简介
• 1.5.2 隔震结构优点
• 1.5.3 隔震系统组成
• 1.5.4 隔震系统分类
• 1.6 隔震技术的适用范围
• 1.7 本文研究思路和内容
• 第二章 考虑竖向地震的基础隔震结构动力分析
• 2.1 竖向地震的计算方法
• 2.1.1 《建筑抗震设计规范》给出的简化计算方法
• 2.1.2 竖向地震时程分析法
• 2.1.3 竖向地震反应谱法
• 2.1.4 冲量原理计算方法
• 2.1.5 数值分析方法
• 2.2 隔震结构力学计算模型
• 2.3 竖向地震作用对基础隔震结构影响的理论研究
• 2.3.1 不考虑竖向地震力时多质点基础隔震体系结构动力分析
• 2.3.2 考虑竖向地震力时多质点基础隔震体系结构动力分析
• 2.3.3 运动微分方程求解方法
• 2.4 考虑竖向地震作用时隔震结构抗倾覆分析
• 2.5 竖向地震导致隔震结构破坏位置的研究
• 2.5.1 震害现象
• V 计算公式的推导'>2.5.2 λ_V计算公式的推导
• 2.5.3 工程实例分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基础隔震体系的有限元数值计算
• 3.1 SAP2000 结构分析软件介绍
• 3.2 SAP2000 建模分析过程
• 3.3 结构模型在SAP2000 中的模拟
• 3.3.1 工程概况
• 3.3.2 结构模型的建立
• 3.4 地震波的选取
• 3.5 结果输出
• 3.5.1 水平方向加速度时程分析
• 3.5.2 水平方向位移时程分析
• 3.5.3 隔震层竖向加速度分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 主要结论及展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介