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发布时间:2020-01-06 00:00:00
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复合隔震结构对框架结构抗震性能的影响
the Influence of Composite Isolation System on Seismic Performance of Frame Structure
2018年第6期
复合隔震结构;非线性时程分析;层间剪力;加速度
Composite isolation system; Nonlinear time history analysis; Interlayer shear; Acceleration
2018年第6期
1000-4637(2018)06-60-04
李晋博1,邓敦毅2,李 鹏2,陈道政1
1.合肥工业大学土木与水利工程学院,230009;2.中铁北京工程局城市轨道有限公司,230000

李晋博1,邓敦毅2,李 鹏2,陈道政1

钢筋混凝土框架结构能够提供较大的活动空间,一直是我国多层建筑采用的结构形式。传统抗震设计中主要采用提高材料的强度或增大结构主要受力构件的尺寸以提高整体刚度去抵抗地震作用,以满足GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》[1]的要求。而实际工程往往受到诸多因素的限制而不能完全按照预想的情况去设计施工。但基础隔震技术拥有减震效果好、施工周期短、能极大降低因特殊设计需要而造成的不利影响等优势,使得此技术在钢筋混凝土框架结构设计及加固设计工程中的应用有着重要且长远的意义[2]。

  近年来,关于建筑隔震结构的研究日益成熟,各种隔震体系的运用也日趋广泛,但不同种类的隔震支座的力学性能各不相同,有各自的优缺点,目前,在国内应用最广泛的是橡胶隔震支座,其中,铅芯橡胶隔震支座是利用橡胶的弹性和铅芯的可塑性有效地吸收地震产生的能量,形成一道柔性的隔震层从而达到减小上部结构反应的目的。铅芯橡胶支座具有较大的竖向承载力且具备良好的复位性能,隔震效果显著,其缺点是造价过高,安装相比其他支座繁琐复杂。摩擦滑移支座是通过滑移消耗和吸收地震产生的能量,从而减小上部结构受到的地震反应,施工安装简单且造价低,具有很大的竖向承载能力,但其不具备自动复位的能力,隔震层也有较大的残余变形,大震作用下可能会产生较大的滑移量[3]。由铅芯橡胶支座和摩擦滑移支座并联而成的复合隔震结构互补了两种支座的缺点,其中,铅芯橡胶支座提供系统的向心回复力,摩擦滑移支座滞回耗能,以此达到隔离地震的目的[4]。

  本文将讨论使用不同隔震模式下的钢筋混凝土框架结构,输入相同的地震波后用有限元软件SAP2000进行非线性时程分析,以此比较传统抗震结构、纯铅芯橡胶隔震结构以及摩擦滑移支座与铅芯橡胶支座并联的复合隔震结构三者的抗震性能的优缺点。

李晋博,邓敦毅,李鹏,等.复合隔震结构对框架结构抗震性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2018(6):60-63.

LI J B,DENG D Y,LI P,et al.The Influence of Composite Isolation System on Seismic Performance of Frame Structure[J].China Concrete and Cement Products,2018(6):60-63.

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1000
摘 要:在地震高烈度区,相比于传统抗震结构,隔震结构拥有更优异的抗震性能。为了探究传统隔震体系、单一隔震体系以及复合隔震体系对于结构动力特性的影响,采用不同的连接单元模拟传统支座,橡胶隔震支座以及摩擦滑移隔震支座,建立了基于SAP2000的三个等效模型,并对其进行了模态分析、反应谱分析和非线性时程分析。结果表明,隔震支座的使用以及多种隔震支座的合理布置对于结构的自振周期有明显的提高,对于结构受到的层间剪力有着明显的削弱,结构受到地震波的加速度反应也有很大程度的降低。Abstract:Comparedtotraditionalanti-seismicstructure,theisolationstructurehasmoreexcellentseismicperformance.Inordertostudythestructuraldynamicinfluenceoftraditionalisolationsystem,singleisolationsystemandthecompositeisolationsystem,differentconnectionunitofsimulatetraditionalbearings,lead-rubberbearingsandfrictionslidingbearingsareusedtoestablishthreeequivalentmodelsbasedonSAP2000andconductsmodalanalysis,responsespectrumanalysisandnonlineartimehistoryanalysis.Theresultshowsthattheuseofisolationbearingsandavarietyofisolationbearingsofreasonablearrangementwillobviouslyincreasetheperiodofstructure,weakenthestructureinterlayershearofstructureandgreatlyreducetheseismicaccelerationresponseofstructure.
英文名 : the Influence of Composite Isolation System on Seismic Performance of Frame Structure
刊期 : 2018年第6期
关键词 : 复合隔震结构;非线性时程分析;层间剪力;加速度
Key words : Composite isolation system; Nonlinear time history analysis; Interlayer shear; Acceleration
刊期 : 2018年第6期
DOI :
文章编号 : 1000-4637(2018)06-60-04
基金项目 :
作者 : 李晋博1,邓敦毅2,李 鹏2,陈道政1
单位 : 1.合肥工业大学土木与水利工程学院,230009;2.中铁北京工程局城市轨道有限公司,230000

李晋博1,邓敦毅2,李 鹏2,陈道政1

钢筋混凝土框架结构能够提供较大的活动空间,一直是我国多层建筑采用的结构形式。传统抗震设计中主要采用提高材料的强度或增大结构主要受力构件的尺寸以提高整体刚度去抵抗地震作用,以满足GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》[1]的要求。而实际工程往往受到诸多因素的限制而不能完全按照预想的情况去设计施工。但基础隔震技术拥有减震效果好、施工周期短、能极大降低因特殊设计需要而造成的不利影响等优势,使得此技术在钢筋混凝土框架结构设计及加固设计工程中的应用有着重要且长远的意义[2]。

  近年来,关于建筑隔震结构的研究日益成熟,各种隔震体系的运用也日趋广泛,但不同种类的隔震支座的力学性能各不相同,有各自的优缺点,目前,在国内应用最广泛的是橡胶隔震支座,其中,铅芯橡胶隔震支座是利用橡胶的弹性和铅芯的可塑性有效地吸收地震产生的能量,形成一道柔性的隔震层从而达到减小上部结构反应的目的。铅芯橡胶支座具有较大的竖向承载力且具备良好的复位性能,隔震效果显著,其缺点是造价过高,安装相比其他支座繁琐复杂。摩擦滑移支座是通过滑移消耗和吸收地震产生的能量,从而减小上部结构受到的地震反应,施工安装简单且造价低,具有很大的竖向承载能力,但其不具备自动复位的能力,隔震层也有较大的残余变形,大震作用下可能会产生较大的滑移量[3]。由铅芯橡胶支座和摩擦滑移支座并联而成的复合隔震结构互补了两种支座的缺点,其中,铅芯橡胶支座提供系统的向心回复力,摩擦滑移支座滞回耗能,以此达到隔离地震的目的[4]。

  本文将讨论使用不同隔震模式下的钢筋混凝土框架结构,输入相同的地震波后用有限元软件SAP2000进行非线性时程分析,以此比较传统抗震结构、纯铅芯橡胶隔震结构以及摩擦滑移支座与铅芯橡胶支座并联的复合隔震结构三者的抗震性能的优缺点。

李晋博,邓敦毅,李鹏,等.复合隔震结构对框架结构抗震性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2018(6):60-63.

LI J B,DENG D Y,LI P,et al.The Influence of Composite Isolation System on Seismic Performance of Frame Structure[J].China Concrete and Cement Products,2018(6):60-63.

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文

摘  要:在地震高烈度区,相比于传统抗震结构,隔震结构拥有更优异的抗震性能。为了探究传统隔震体系、单一隔震体系以及复合隔震体系对于结构动力特性的影响,采用不同的连接单元模拟传统支座,橡胶隔震支座以及摩擦滑移隔震支座,建立了基于SAP2000的三个等效模型,并对其进行了模态分析、反应谱分析和非线性时程分析。结果表明,隔震支座的使用以及多种隔震支座的合理布置对于结构的自振周期有明显的提高,对于结构受到的层间剪力有着明显的削弱,结构受到地震波的加速度反应也有很大程度的降低。

Abstract: Compared to traditional anti-seismic structure, the isolation structure has more excellent seismic performance. In order to study the structural dynamic influence of traditional isolation system, single isolation system and the composite isolation system, different connection unit of simulate traditional bearings, lead-rubber bearings and friction sliding bearings are used to establish three equivalent models based on SAP2000 and conducts modal analysis, response spectrum analysis and nonlinear time history analysis. The result shows that the use of isolation bearings and a variety of isolation bearings of reasonable arrangement will obviously increase the period of structure, weaken the structure interlayer shear of structure and greatly reduce the seismic acceleration response of structure.

关键词:
复合隔震结构;非线性时程分析;层间剪力;加速度
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(1)采用基础隔震结构可以在地震作用下明显延长结构的自振周期,从而避开场地的卓越周期,使上部结构免于共振而导致破坏。其中,纯铅芯橡胶隔震支座的加入会使结构自振周期提升2.3倍左右,而复合隔震结构的设置会使自振周期提升3倍左右。由此可见,采用复合隔震结构比纯铅芯橡胶隔震结构对于自振周期的提升的影响更大,隔震性能更好。
(2)反应谱分析下,布置了隔震支座的结构的层间位移角明显减小,抵抗地震作用的效果更明显。在地震作用下,结构的变形主要发生在隔震层,上部结构基本做整体平动。传统抗震结构中,最大层间位移角发生在第二层,存在一定程度的突变。而隔震结构最大层间位移角发生在一层,随高度增加逐渐减小,且每层的层间位移角都小于传统抗震结构。试验数据表明,采用复合隔震结构后每层层间位移角与采用纯铅芯橡胶结构的相应层层间位移角相差不大,隔震性价比更高。
(3)非线性时程分析下,布置了隔震支座的结构的层间位移、层间剪力以及加速度都大幅减小,抵抗地震作用的效果显著。其中,复合隔震结构中因为摩擦滑移支座数量的增多,层间剪力以及加速度比纯铅芯橡胶降低的更多。摩擦滑移支座具备造价低、便于施工、有很大竖向承载能力的优点,且不降低隔震性能,可以考虑尽量放置在结构的中部,但仍然需要考虑其无法复位的缺陷。因此,合理的选择摩擦滑移支座的布置个数以及摩擦系数会使复合隔震结构的隔震效果比纯铅芯橡胶结构更好且更经济实用。
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50011—2010 建筑抗震设计规范(2016年版)[S].中国建筑工业出版社,2016.
[2] 赵杉杉.基础隔震技术在RC框架结构抗震加固中的分析与应用[D].合肥:合肥工大学,2016.
[3] 孙珊珊.基础组合隔震的框架结构抗震性能分析[D].重庆:重庆大学,2015.
[4] 刘华宇,杨帆,银秋实.浅析基础隔震种类及其隔震原理[J] .工程结构与施工技术,2008(12):101-102.
[5] 侯鹏.夹层橡胶基础隔震结构动力分析[D].成都:西南交通大学,2003.
[6] 卫彩霞,吴会平,吉柏锋.基础隔震建筑的全寿命经济评价的研究[J].特种结构,2009,26(3):1-5.
[7] 韩登.地下室柱顶连梁对串联隔震体系稳定性的影响[D].兰州:兰州理工大学,2010.
[8] 朱玉华,吕西林.组合基础隔震系统地震反应分析[J].土木工程学报,2004,37(4):78-80.
 

李晋博,邓敦毅,李鹏,.复合隔震结构对框架结构抗震性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2018(6):60-63.

LI J B,DENG D Y,LI P,et al.The Influence of Composite Isolation System on Seismic Performance of Frame Structure[J].China Concrete and Cement Products,2018(6):60-63.

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