新型復(fù)合隔震體系的試驗、模擬及分析.pdf

1、隨著近年來地震災(zāi)害的頻發(fā)和建筑技術(shù)的發(fā)展,人們對結(jié)構(gòu)抗震提出了更高的要求。結(jié)構(gòu)隔震作為一種經(jīng)濟(jì)有效的減震方式,越來越受到廣大工程人員的推崇,盡管它具有各種各樣的優(yōu)點,經(jīng)濟(jì)性和適用性仍然成為推廣使用的最大阻礙。因此一直以來,許多學(xué)者都在致力于對現(xiàn)有隔震技術(shù)進(jìn)行改良以及開發(fā)新的隔震裝置。本文以新型的隔震裝置和隔震技術(shù)為研究目標(biāo),對包括兩種隔震裝置在內(nèi)的新型基礎(chǔ)隔震方法進(jìn)行了振動臺試驗和理論研究。
　　 有研究表明,在地震動自下而上的

2、傳播過程中,軟土地基過濾了大部分高頻地震動,僅留下低頻成分,而且加速度峰值得到減小。從土-結(jié)構(gòu)動力相互作用出發(fā),課題組提出了軟土-鉸接樁的隔震方法,該方法是通過在樁身上設(shè)置兩個剛度薄弱點,薄弱點之間填充有低動剪模量的軟土來實現(xiàn)隔震。為驗證該裝置的隔震性能,本文作者與課題組成員利用循環(huán)單剪系統(tǒng)(Cyclic Simple Shear System),自主開發(fā)了小型振動臺,采用層狀海綿作為模型軟土,進(jìn)行了海綿模型土-鉸接樁-上部結(jié)構(gòu)的振動臺

3、試驗以及對比試驗。試驗結(jié)果表明,該裝置能夠有效減小上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。為了獲取該裝置的本構(gòu)關(guān)系,作者與課題組成員利用循環(huán)單剪系統(tǒng)的往復(fù)加載裝置,對海綿模型土-鉸接樁體系進(jìn)行了低周往復(fù)剪切試驗,獲得了該體系的滯回曲線和骨架曲線,并在此基礎(chǔ)上,利用時程分析法的計算機(jī)程序?qū)Σ捎迷摳粽痼w系的結(jié)構(gòu)和不采用隔震體系的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了計算分析,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。
　　 軟土-鉸接樁隔震體系的隔震性能通過試驗和計算得到了驗證,但在工程實

4、際上尚有一些問題有待解決。針對我國農(nóng)村民居量大面廣的現(xiàn)狀與對經(jīng)濟(jì)性要求較高的特點,以尚守平教授為主的課題組提出了鋼筋-瀝青復(fù)合隔震層這種新型的隔震裝置。該隔震裝置由鋼筋、瀝青、磚、混凝土等常見建材構(gòu)成,利用鋼筋的豎向承載力高,水平剪切剛度低的特點實現(xiàn)隔震,利用磚墩的承載力作為大震情況下的安全儲備。為了研究該隔震層的隔震性能,進(jìn)行了不同工況下的振動臺試驗。試驗結(jié)果表明,該隔震層隔震性能好,能夠大幅衰減傳遞至上部結(jié)構(gòu)的地震動,在地震中相對位

5、移較小,在大震下的穩(wěn)定性和安全儲備較高,在遠(yuǎn)超過設(shè)計烈度的地震激勵下仍能保持良好的隔震性能并不致倒塌。
　　 為彌補試驗的不足,以研究更多在試驗室里難以實現(xiàn)的情況,如大比例甚至足尺模型的動力試驗,利用大型有限元軟件MSC.MARC,對鋼筋-瀝青復(fù)合隔震層建立了非線性有限元模型。利用鋼筋非線性子程序UBEAM和非線性彈簧子程序USPRNG,分別模擬了鋼筋的非線性情況和磚墩-上梁之間相互作用關(guān)系的非線性情況,引入了瀝青油膏的溫度影響

6、系數(shù)。為驗證該模型,對振動臺試驗的各個試件的模態(tài)進(jìn)行了計算,對振動臺試驗的各個工況進(jìn)行了三維有限元時程分析,并將分析結(jié)果與試驗結(jié)果對比,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,驗證了該模型的準(zhǔn)確性和合理性。最后利用該模型,分別建立了不同高度的砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)有限元模型,設(shè)計并建立了相應(yīng)的墻下條形隔震層模型和柱下獨立基礎(chǔ)式隔震層,對鋼筋-瀝青復(fù)合隔震層在不同高度的砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)中的動力性能和隔震效果進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對計算結(jié)果進(jìn)行了歸納和分析,