设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的框架结构抗震性能研究

摘要

地震是最常见的自然灾害之一，它带来的后果往往是具有毁灭性的。传统的建筑抗震设计理论认为:地震的全部能量作用于建筑物的基础，再由基础向上部结构传递，所以建筑物的上部结构应具有足够的刚度、延性和承载能力来抵御地震，从而达到“小震不坏，中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。这是20世纪我国和世界各国最常见的抵御地震破坏的方法，其出发点是“抗”，但是一次次沉痛的教训告诉我们这种单单的抗震设计没法真正达到我们预想的效果。1972年美籍华裔学者姚治平(YaoJ.T.P)提出了结构控制，在土木工程学界引起了广泛的关注，新型的减震理念开始萌芽，随着结构振动控制技术的提出，对地震的防治方法由传统的“抗”变为“导”，这是一种积极主动的减震方法，也是人类抗震历史上迈出的一大步。结构振动控制技术中发展的最为成熟的是隔震技术。所谓隔震，就是在建筑物的基础或者转换层等位置安装隔震系统来耗散地震能量，减小地震能量向上部结构的传递，从而降低上部结构响应。
　　 本文研究了一种新型的隔震支座…抗拔型三重摩擦摆隔震支座。通过改变支座的弧面有效半径和各接触面的摩擦系数的大小，该支座可以适应不同级别的地震。为了研究此支座的抗震性能，本文主要做了如下工作:
　　 (1)主要分析探讨了抗拔型三重摩擦摆隔震支座在不同运动阶段的滞回特性、相对应的有效刚度的计算方法和恢复力模型，提出了抗拔型三重摩擦摆隔震支座的设计方法和步骤。
　　 (2)利用有限元分析软件ANSYS，对抗拔型三重摩擦摆隔震支座在低周反复荷载激励下的运动状态进行了模拟，得到了不同强度激励下的支座滞回性能和自回复位能力。将数值模拟结果和理论结果进行对比，验证提出的滞回模型计算公式的正确性和支座的回复位能力。
　　 (3)考虑到基础隔震的特点，提到了抗拔型三重摩擦摆隔震支座的设计要点和实际的工程应用中应注意的一些问题并提出了一定的解决方法作为工程应用参考。
　　 (4)以一6层框架结构为例，利用ANSYS软件建立了普通抗震结构和带抗拔型三重摩擦摆隔震支座的基础隔震结构两种模型。通过模态分析，得到了结构的自振周期;通过地震响应分析，得出各层间位移、加速度及剪力幅值，并提取了隔震层和顶层的相对位移时程曲线。
　　 (5)比较了6层隔震框架和10层隔震框架的地震响应。结果可以看出随着层数的增加结构的能量衰减变得缓慢。
　　 本文采用的分析方法和研究结果可为抗拔型三重摩擦摆支座减震的深入研究和应用提供一定的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 常用摩擦摆隔振支座的类型

1．2．1 曲面式摩擦摆隔震支座

1．2．2 沟槽式摩擦摆隔震支座

1．2．3 曲面沟槽混合式摩擦摆隔震支座

1．3 课题背景及研究内容

1．3．1 FPS的研究现状

1．3．2 本论文的主要研究内容

第2章 抗拔型三重摩擦摆隔震支座的理论分析与数值模拟

2．1 引言

2．1．1 典型摩擦摆隔震支座的原理

2．1．2 典型摩擦摆隔震支座的分析模型

2．2 抗拔型三重摩擦摆隔震支座的工作原理

2．2．1 抗拔型三重摩擦摆隔震支座的构成

2．2．2 抗拔型三重摩擦摆隔震支座的原理

2．3 抗拔型三重摩擦摆隔震支座的理论分析

2．3．1 刚度、粘滞阻尼比和滞回模型

2．3．2 自回复特性

2．4 抗拔型三重摩擦摆隔震支座的数值模拟

2．4．1 数值模拟分析理论

2．4．2 ANSYS模型的建立

2．4．3 模拟结果分析

2．5 本章小结

第3章 抗拔型三重摩擦摆隔震设计与应用

3．1 引言

3．1．1 隔震的概念

3．1．2 抗拔型三重摩擦摆隔振支座的功能要求

3．2 抗拔型三重摩擦摆隔震设计

3．2．1 设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的隔震结构基本要求

3．2．2 设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的隔震层设计要点

3．3．抗拔型三重摩擦摆隔震设计和应用存在的问题

3．4 小结

第4章 设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的框架结构抗震性能研究

4．1 引言

4．2 结构的有限元模型的建立

4．2．1 计算模型假定

4．2．2 计算模型的建立

4．3 模态分析

4．3．1 结构运动方程

4．3．2 结构软件模态分析

4．4 地震响应分析

4．5 本章小结

第5章 不同层数的框架结构的隔震性能

5．1 有限元模型的建立

5．2 模态分析

5．3 地震响应分析

5．3．1 位移、加速度反应

5．3．2 能量分析

5．4 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)