新型滑移隔震试验框架模型结构设计与分析

摘要

基础隔震技术是一种高效、经济、可行的工程结构减震方法,这种方法是通过在基础与上部结构之间设置隔震支座,以隔离地震作用向上部结构传递,从而减小上部结构的地震作用。我国自上世纪60年代起,对隔震结构的计算理论和方法、隔震支座的隔震性能以及隔震结构体系的地震响应进行了大量研究,并已经实现了一些工程应用。其中摩擦滑移隔震技术以其构造简单、经济有效等优点被最早研究,并主要应用于高度低、高宽比小的砖混结构中。近年来,随着我国经济建设的飞速发展,高层建筑已成为主流结构形式。因此,研发新型滑移隔震支座并将应用于框架结构体系,是一个亟需研究的重要课题。
　　本文首先介绍了结构振动控制理论及基础隔震技术的发展与研究现状,分析了目前常用隔震装置的工作原理和构造方法,提出并设计了一种采用新型固体摩擦滑移材料—二硫化钼固体润滑剂涂层的新型摩擦滑移隔震装置,建立了摩擦滑移隔震结构的多质点体系计算模型,探讨了相应的地震响应分析方法;其次,采用MTS电液伺服试验系统,对文中研发的新型摩擦滑移隔震支座进行了力学性能试验,研究了其工作性能和可靠性,分析了影响摩擦系数的主要因素;再次,根据量纲理论讨论了试验模型结构构件、非结构构件和可变荷载、截面配筋面积的等效方法,建立了人工质量模型、忽略重力模型和欠人工质量模型的一致相似关系,完成了一个采用文中研发的新型摩擦滑移隔震支座且相似比为1/5的5层2×2跨钢筋混凝土框架试验模型结构的设计与制作;最后,采用ABAQUS有限元分析软件,对试验模型结构进行了隔震时和抗震时的地震响应分析,研究了隔震结构与抗震结构在3种地震波、3种地震烈度作用下位移和加速度响应的主要规律,分析了摩擦系数变化、地震双向作用等因素对隔震结构地震响应的影响。
　　研究结果表明,二硫化钼固体润滑剂涂层具有较高的竖向承载特性和低摩擦特性,且力学性能较稳定可靠,文中研发的摩擦滑移隔震支座的工作性能较好,构造简单,具有较好的应用前景。采用新型滑移隔震支座后,试验框架模型结构的模态变化比较明显,当隔震层的摩擦系数为0时,上部结构的地震响应为刚体平动;当摩擦系数在0.05-0.1范围内变化时,隔震结构的自振周期均明显延长,但摩擦系数的变化对其影响不大。然而,隔震层摩擦系数变化对隔震结构的地震响应影响较大,摩擦系数减小,上部结构的加速度和层间位移响应均减小,但最大位移有所增大。此外,地震作用较小时,隔震层处于相对静止状态,隔震层剪力随地震加速度的变化而变化;当地震作用较大时,隔震层处于相对滑动状态,隔震层剪力即为动摩擦力并基本不变。
　　研究结果还表明,水平双向地震作用下,试验模型结构在两个主轴方向的最大位移响应较单向水平作用时均有所增加,但层间位移和加速度响应在两个主轴方向均减小。考虑竖向地震作用时,试验模型结构的最大位移响应明显增加,但层间位移和加速度响应与单向水平地震作用时基本相同。

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1 绪论

1.1引言

1.2结构减震控制技术

1.3隔震技术概述

1.4摩擦滑移隔震技术

1.5本文主要的研究工作

2 基础滑移隔震结构地震响应分析方法

2.1滑移隔震结构的简化模型[34]

2.2数学、力学模型

2.3时程分析方法

2.4本章小结

3 相似关系与试验模型结构设计

3.1量纲理论-∏定理

3.2模型结构相似关系

3.3试验框架模型结构

3.4隔震装置摩擦系数测试

3.5本章小结

4 基础滑移隔震结构地震响应时程分析

4.1 ABAQUS分析模块及有限元模型建立

4.2地震波选择

4.3结构模态分析

4.4水平单向地震作用的结构响应分析

4.5摩擦系数对结构地震响应的影响

4.6水平双向地震作用的结构响应分析

4.7考虑竖向地震作用的结构响应分析

4.8隔震层剪力状态分析

4.9本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文