平移建筑隔震体系分析与性能化设计研究

摘要

由于城市规划或建筑物历史价值需求，整体平移技术在建筑物搬迁中应用越来越广泛。平移建筑物到位后，就位连接是保证其后续使用年限内安全可靠的关键要素。传统连接方式仍然将上部结构与基础固结在一起，建筑物抵御地震的能力没有本质提高。与此同时，基础隔震应对地震的高效性与可靠性已经被世界各地的大量工程实例所验证。平移建筑物与新建基础的分离状态使基础隔震在平移工程中的实施成为可能。采用加设隔震层的方式进行就位连接，不但可以充分利用建筑迁移过程中的滚轴、滑块等移动设备，而且形成了安全性和可靠度更有保证的基础隔震体系，是性能化设计思想的实现。由于叠层橡胶垫与平移装置并联隔震层不同于传统的叠层橡胶隔震体系，隔震层的耗能机制与滞回特性已经改变，因此有必要对其进行系统的试验研究与理论分析。本文以平移后的既有建筑与新建基础进行隔震连接而形成的并联基础隔震体系为研究对象，根据平移装置的不同，分析了两种并联基础隔震形式，通过模型试验与有限元分析对其进行了研究，对隔震装置下部结构的竖向承载构件进行了抗震性能评估。主要研究内容如下：
　　 1.首先分析利用滚轴与叠层橡胶支座并联形成的隔震装置。根据滚轴装置的特点设计并进行了结构振动台试验。试验给出了该并联基础隔震体系加速度反应特点，层间变形特点以及不同方向的滞回特性。根据试验结果分析这种并联隔震连接的特点，给出利用滚轴进行隔震连接的建议。
　　 2.考虑利用平移过程中的聚四氟乙烯滑块，设计了滑块与叠层橡胶支座并联隔震模型的拟静力试验。试验结果表明，该并联隔震支座滞回曲线较规则，曲线具有很好的饱满度，体现了其良好的滞回耗能能力。试验结果为后续并联隔震体系的能量分析建立了基础。试验同时分析了不同竖向荷载、不同承载比例骨架曲线对滞回特性的影响。
　　 3.基于能量平衡方程定义了三个能量比系数，根据滑块并联叠层橡胶支座拟静力试验的结果，分析了该并联隔震支座的耗能特点。建立了上部结构为砌体和框架结构的有限元分析模型，对比了不同结构类型、不同结构层数以及隔震层装置的不同比例对地震输入能量分配的影响规律。
　　 4.平移建筑采用隔震连接后，体系抗震性能提高的同时，隔震装置下竖向承载构件重要性更为突出。本文提出了一种衡量P-△效应的方法，通过静力推覆分析，证实了该方法的有效性。探讨了长细比、配筋率以及轴压比对抗震能力的影响，以悬臂柱为例推导出构件的能力谱曲线，建立了8度地震下不同场地条件的需求谱，利用能力谱法得到不同场地类别悬臂柱的抗震性能点。