多维地震下大底盘多塔楼隔震结构平扭耦联响应分析

论文摘要

在高层建筑数量日渐增多,高度不断提升的同时,结构形式也在发生变化。多塔楼高层结构是顺应这种变化而发展起来的新的结构形式之一。隔震技术作为一种有效的被动控制技术，近年来得到了越来越广泛的应用。多塔楼结构中采用的隔震技术，按隔震层位置的不同分为基础隔震和层间隔震等多种。多塔楼隔震结构的地震响应有许多特点,不但包括各塔和底盘之间的相互作用，也包括平动和扭转耦联。在多维地震作用下，大底盘多塔楼隔震结构的地震响应的特殊性在目前的研究中还不多见。因此本文建立了大底盘不对称多塔楼结构分析模型，并利用弹性和弹塑性时程分析方法分别分析了不对称多塔楼在多维地震动作用下采用基础隔震、层间隔震和抗震结构的地震响应特性，主要内容有：1.建立了大底盘多塔楼隔震结构的动力方程，选择了适合的求解方法。对隔震装置进行了合理的比较分析，选择适合大底盘多塔楼结构的隔震支座和恢复力模型，除此之外，还介绍了地震波的选取与调整，并选择了合适的地震波。2.对大底盘多塔楼抗震结构、基础隔震结构和层间隔震结构有限元分析模型进行模态分析，比较了结构的自振周期和质量参与系数。除此之外，对各隔震结构与抗震结构进行多遇地震下的非线性时程分析，并比较了各结构的地震响应（楼层剪力、扭矩、位移、角位移、加速度、角加速度），同时对比分析了结构的平扭响应特性。3.对大底盘多塔楼抗震结构、基础隔震结构和层间隔震结构模型进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，分析了两种隔震结构的位移、角位移、加速度、角加速度，同时比较了三种结构的塑性铰，得出大底盘非对称多塔楼结构的平扭耦联响应特性。研究结果表明：相对于抗震结构，两种隔震结构的自振周期都大大延长；隔震装置不仅可以降低非对称多塔楼结构的平动地震响应，而且可以降低其扭转响应；对于平动响应，层间隔震结构比基础隔震结构稍好一些，但相差只在5%内，其隔震效果相差不大，对于扭转响应，层间隔震结构与基础隔震结构的相差比较大，层间隔震结构比基础隔震结构的隔震效果好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多塔楼复杂结构形式
• 1.3 结构扭转震害
• 1.4 隔震技术的研究概况
• 1.4.1 抗震发展历程
• 1.4.2 隔震技术的发展
• 1.5 多塔楼结构的研究现状
• 1.6 建筑结构扭转响应的研究现状
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第2章 动力方程计算及隔震支座的研究
• 2.1 大底盘不对称多塔楼隔震结构的动力方程
• 2.2 结构动力方程的求解方法
• 2.2.1 中心差分法
• 2.2.2 Euler-Gauss 方法
• 2.2.3 Newmark-- β 法
• 2.2.4 线性加速度法 Wilson--θ 法
• 2.2.5 Hiber--Huges--Taytorα 方法
• 2.3 隔震装置的类型
• 2.3.1 普通叠层橡胶支座
• 2.3.2 铅芯叠层橡胶支座
• 2.3.3 高阻尼叠层橡胶支座
• 2.3.4 纯摩擦滑动支座
• 2.3.5 摩擦滑动摆
• 2.3.6 限位摩擦滑动支座
• 2.4 本文所用隔震支座在有限元软件 SAP2000 中的数值模拟
• 2.5 地震波的选用与调整
• 2.5.1 地震波的合理选择与调整
• 2.5.2 本文选用的地震波
• 2.6 本章小结
• 第3章 隔震结构的模态分析
• 3.1 计算模型的建立
• 3.1.1 结构模型概况
• 3.1.2 计算模型的建立
• 3.2 隔震结构的自振特性分析方法
• 3.2.1 逆迭代法
• 3.2.2 Rayleigh-Rite 法
• 3.2.3 雅克比法
• 3.2.4 子空间迭代法
• 3.3 隔震结构模态响应分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 隔震结构平扭耦联弹性时程分析
• 4.1 地震反应分析
• 4.1.1 楼层剪力反应分析
• 4.1.2 楼层扭矩反应分析
• 4.1.3 楼层层间位移反应分析
• 4.1.4 楼层层间角位移反应分析
• 4.1.5 顶层加速度反应分析
• 4.1.6 顶层角加速度反应分析
• 4.2 本章小结
• 第5章 隔震结构平扭耦联弹塑性时程分析
• 5.1 弹塑性分析基本过程
• 5.2 框架非线性铰的定义
• 5.3 地震反应分析
• 5.3.1 楼层位移反应分析
• 5.3.2 楼层加速度反应分析
• 5.4 塑性铰分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录