基于铅芯橡胶支座的钢管混凝土组合结构隔震性能分析

摘要

我国是一个地震多发国家，长久以来，研究人员是以结构抗震手段来对抗地震灾害，这种抗震方式缺乏自我调节能力，很可能不满足结构的安全性要求。基础隔震体系通过在基础和上部结构之间设置隔震装置来吸收并消耗地震能量，阻隔地震地面运动向上部结构的传递，减小上部结构的地震反应以确保结构的安全。目前对于基础隔震技术的研究主要集中在混凝土结构和钢结构中，对于钢管混凝土组合结构体系的隔震性能研究相对较少。将基础隔震技术应用到钢管混凝土组合结构中研究其隔震性能具有重要的理论与工程意义。
　　本文研究的内容及结论主要有以下几个方面:
　　(1)概述了基础隔震及钢管混凝土组合结构的国内外研究现状，研究了隔震支座的基本力学性能。
　　(2)分别建立基础隔震结构的单质点模型和多质点模型，推导其动力微分方程，通过直接积分法对结构的运动方程求解，得出结构的动力响应。
　　(3)使用大型有限元软件建立钢管混凝土结构的弹塑性力学模型，将铅芯橡胶支座设置于钢管混凝土组合结构中，构建钢管混凝土组合结构隔震体系。对钢管混凝土抗震结构和钢管混凝土基础隔震结构进行模态分析和弹塑性时程分析。隔震后，各层层间剪力幅值有较大程度的减小，减震系数在0.2到0.4之间，设置铅芯橡胶支座能大大提高上部结构的安全系数，将结构抗震设防要求中的“大震不倒”转化成“大震可修”。隔震后，结构的层间位移明显减小，设置隔震支座能够加强结构的水平刚度，达到设计地震作用下基本运行和无需修复的性能目标。隔震后，结构的各层加速度幅值和顶层加速度幅值都明显减小，隔震结构的楼层加速度变化幅度很小，上部结构表现为“整体平动型”，抗震结构的楼层加速度随着高度的上升而逐渐增加，整个结构表现为“逐步增大型”。
　　(4)分析了隔震层参数变化对钢管混凝土组合结构隔震效果的影响。随着隔震层等效水平刚度的增大，结构顶层加速度和隔震层位移有所减小，层间位移有所增大;随着隔震层质量的增大，钢管混凝土结构隔震层位移有所增大，而顶层加速度有所减小;结构顶层加速度峰值和隔震层位移随着隔震支座阻尼比的增大而减小，隔震支座的最优阻尼比为0.2到0.3之间。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 地震反应分析方法的发展过程

1．2．1 静力理论阶段

1．2．2 反应谱法阶段

1．2．3 时程分析法阶段

1．2．4 工程结构减震控制理论阶段

1．3 基础隔震概述

1．3．1 基础隔震的概念

1．3．2 基础隔震基本原理

1．4 基础隔震技术在国内外的发展和研究现状

1．4．1 基础隔震技术在国外的发展和应用

1．4．2 基础隔震技术在国内的发展和应用

1．4．3 基础隔震结构在实际地震中的应用

1．5 钢管混凝土结构的发展和研究现状

1．5．1 钢管混凝土结构的发展及应用

1．5．2 钢管混凝土结构的研究现状

1．6 本文研究的主要内容

2 铅芯橡胶支座的特性分析

2．1 叠层橡胶支座的构造特性

2．2 铅芯橡胶支座的形状系数

2．3 铅芯橡胶支座的性能

2．3．1 竖向性能

2．3．2 水平性能

2．4 SAP2000中单元的选择

3 钢管混凝土的基本工作性能

3．1 钢管混凝土统一理论

3．2 钢材和混凝土的应力—应变关系模型

3．2．1 钢材的应力—应变关系模型

3．2．2 混凝土的应力—应变关系模型

3．3 钢管混凝土轴心受压时的应力—应变关系分析

4 钢管混凝土基础隔震结构的动力分析方法

4．1 钢管混凝土单质点结构地震反应分析

4．2 钢管混凝土多质点结构地震反应分析

5 钢管混凝土传统抗震结构和基础隔震结构时程分析

5．1 结构计算模型

5．1．1 分析软件

5．1．2 工程概况

5．1．3 钢管混凝土组合结构的建模方法

5．1．4 隔震支座的选择和布置

5．1．5 荷载取值

5．2 时程分析地震波的选取

5．3 结构的地震响应对比分析

5．3．1 周期的对比分析

5．3．2 楼层层间剪力的对比分析

5．3．3 楼层层间位移的对比分析

5．3．4 楼层加速度的对比

6 隔震层参数变化对结构地震反应的影响

6．1 铅芯橡胶隔震支座等效水平刚度对隔震效果的影响

6．2 铅芯橡胶隔震支座质量对隔震效果的影响

6．3 铅芯橡胶隔震支座阻尼对隔震效果的影响

7 结论与展望

结论

展望

参考文献

附录A(攻读学位期间的主要学术成果)

致谢