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，對未隔震結(jié)構(gòu)、摩擦支座隔震、疊層橡膠支座隔震及同時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。通過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)力兩者相對比例關(guān)系的一個比值R，稱之為阻尼與恢復(fù)力配置比，通過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)計方法。 在分析中，摩擦支座的模擬采用了ANSYS軟件中的點面接觸方法。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，以往文獻(xiàn)中采用接觸單元來模擬摩擦隔震少見。摩擦又是一個強非線性問題，如果模型建立不當(dāng)，會導(dǎo)致結(jié)果的錯誤。因此，本文對采用點面接觸方式來模擬摩擦支座方法進(jìn)行了計算驗證。通過與典型算例進(jìn)行對比，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)模型通過采用兩種單元相組合的方式來模擬，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，上部結(jié)構(gòu)基本以“整體平動”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，層間剪力、層間位移和最大加速度均比橡膠隔震時大，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，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，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，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，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)，分析了兩個結(jié)構(gòu)框架柱地震剪力相同時的技術(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，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)計的方法、步驟，對減震系數(shù)和分步設(shè)計法進(jìn)行了探討，在此基礎(chǔ)上探討了優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容和方法，