强震下120米跨五心圆空间钢管拱桁架失效机理及采用隔震支座后减震效应分析

摘要

近年来，随着我国工程科学与技术水平飞速发展，大型、复杂工程建设项目大量兴建，建筑高度越来越高、跨度越来越大、结构体系越来越复杂，采用工程技术措施提高结构的抗震能力，已成为目前减轻灾害损失最为有效的途径。但目前大跨度空间结构中的结构振动控制技术还不成熟，有待于进一步的研究，基于此，本文主要对采用夹层橡胶支座的120米跨五心圆空间钢管拱桁架研究分析，对比地震作用下采用隔震技术和非隔震技术结构的动力响应，研究其失效机理和减震效果，并对钢管拱桁架结构基础隔震设计与分析提出一些建议。
　　 本文借鉴橡胶支座隔震技术在国内外研究的基础上，对其在钢管拱桁架中的应用进行研究，本文主要分析了以下内容：
　　 (1)描述地震给人类生存带来的威胁和基础隔震的重大意义，分析国内外隔震技术的研究现状，根据基础隔震存在的问题及其未来的发展方向确定本文的主要研究内容；根据基础隔震的基本原理，阐述铅芯橡胶支座的基本力学性能，为第四章隔震结构动力分析提供理论基础。
　　 (2)应用结构分析软件SAP2000，对120米跨五心圆空间钢管拱桁架进行设计，得出结构的模态特性、应力状态及位移特征。
　　 (3)采用塑性铰理论，对比非隔震结构和隔震结构在Hollywood波、Lakewood波和人工波沿X向作用时结构的破坏形态和失效机理，分析采用隔震支座后拱桁架的减震效果。
　　 (4)对比非隔震结构和隔震结构在地震作用(8度中震、8度大震和9度大震)下节点位移、杆件内力和节点加速度的响应规律，分析在强震作用下隔震支座对拱桁架结构的减震效果，及其破坏形态和失效机理。
　　 通过对结构的对比分析可以得出以下结论：
　　 (1)从模态分析可知，采用隔震技术后，结构自振周期得到延长，避免了结构共振的发生，使得结构所受地震作用力有效降低，从而减小甚至可以避免强震作用给人类带来的破坏。
　　 (2)从原结构和隔震结构的失效机理分析可知，原结构和隔震结构失效机理基本相同，都属于动力失稳破坏，但是隔震结构提高了结构的抗震能力，当三种地震波分别沿X向作用时，与原结构的破坏界限加速度峰值相比，隔震结构最小可提高128.6％，最高可达到218.8％，延缓了结构的倒塌。
　　 (3)在8度中震、8度大震和9度大震作用下，隔震结构的节点相对位移、杆件轴力、节点加速度都比原结构有明显的减小，特别是在9度大震作用下，原结构几乎丧失承载能力，随着较小的加速度峰值增量节点相对位移、杆件轴力、节点加速度均有大的增量，而隔震结构各性能响应均较小，说明隔震结构大大降低了结构的动力响应，且地震作用越强减震效果越明显。