基于SHMS的超长基础隔震结构温度相关性研究及地震响应分析

摘要

随着人类生活水平的提高以及现代化城市建设的发展需求，大型复杂结构不断涌现，结构型式向超长、超大跨度、超高、造型独特的方向发展。基础隔震结构以其柔性隔震层减小了传入上部结构的地震能量，在地震中表现出良好的隔震性能，使得隔震技术得到了充分的应用与发展。相比于非隔震结构，地震区的基础隔震结构大大减小了地震引发的经济损失和人员伤亡。然而，规范关于环境荷载（温度、湿度、风荷载等）对超长基础隔震结构影响并没有针对性的设计要求。研究环境荷载作用下超长隔震结构静动力特性的演变规律，分离环境荷载的影响，是准确合理评估结构性能的前提。结构健康监测系统（SHMS）为研究基础隔震结构的静动力特性演变规律及为结构性能评估提供可靠数据，而基础隔震结构由于柔性隔震层的设计，表现出不同于非隔震结构的特性，使其健康监测系统不同于大跨度桥梁、隧道、高耸建筑结构等非隔震结构。本文针对超长复杂基础隔震结构，对施工期及运营期展开全寿命监测研究，主要研究内容包括以下几个方面：
　　（1）针对基础隔震结构的特点，系统研究了基础隔震结构健康监测系统，提出基础隔震结构主要监测物理量、系统总体设计要求、系统等级、传感器选型与测点布设原则及设计验证与安全评定方法，并针对一超长钢筋混凝土（RC）基础隔震结构，设计并安装了局部长期实时在线与定期实时相结合的健康监测系统。
　　（2）理论分析了隔震支座产生初始位移的机理。基于监测数据，对环境温度与隔震支座初始位移进行相关性分析，给出了结构典型位置隔震支座的温度相关性模型。环境温度与隔震支座初始位移表现出强相关性，端部隔震支座相关系数明显大于结构形心位置隔震支座的相关系数，且施工期温度的影响较运营期更为显著。
　　（3）推导了环境温度引起基础隔震结构基频发生改变的方程。基于监测数据，分析了环境温度与隔震结构基频的相关性，并给出了温度相关性模型与温度对隔震结构频率的影响系数曲线，结合隔震支座温度相关性试验结果，对分析结果进行了验证，分析结果与试验结果表现出较好的一致性。
　　（4）基于实测数据所建立的温度相关性模型与隔震支座温度相关性试验结果，同时考虑环境温度和隔震支座初始位移，对强震作用下基础隔震结构的动力响应进行了数值模拟，对不同温度和初始位移条件下的隔震层与上部结构的响应进行了对比分析。随环境温度降低，隔震支座初始位移增大，上部结构的响应增大，隔震层位移有一定的减小，隔震结构的隔震性能降低。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 目前存在的问题

1.4 本文的主要研究内容

第2章 基础隔震结构健康监测系统设计与实现

2.1 引言

2.2 基础隔震结构健康监测系统设计

2.3 基础隔震结构健康监测系统实现

2.4 本章小结

第3章 基础隔震结构静力特性温度相关性研究

3.1 引言

3.2 隔震支座产生初始位移的机理

3.3 基础隔震结构支座位移-温度相关性

3.4 本章小结

第4章 基础隔震结构动力特性温度相关性研究

4.1 引言

4.2 环境温度对隔震结构模态频率的影响机理

4.3 基础隔震结构动力特性-温度相关性

4.4 本章小结

第5章 考虑温度与初始位移的隔震结构动力分析

5.1 引言

5.2 基础隔震结构参数

5.3 模型参数

5.4 隔震结构动力时程分析

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成果

附录B 攻读学位期间所参与的科研课题及项目