基底隔震结构动力响应特性分析

摘要

建筑结构基底隔震，是通过水平刚度低且具有一定阻尼的隔震装置，将上部结构与基础之间连接起来，以降低由地基输入上部结构的地震能量及其作用效应，提高建筑结构对强震的防御能力。汶川8级地震后设计建造的四川省芦山县人民医院门诊综合楼是一幢基底隔震建筑，在2013年4月20日芦山7级地震中，经历了9度地震的实际考验，在震灾应急救护中发挥了很好的社会和技术效益。目前一些教材和专著多以单自由度结构的线性振动特性来阐述基底隔震原理，认为隔震能降低结构的加速度，但会增大结构的位移。对地震作用下多自由度结构线性振动幅频特性分析，尚少见其解析解。
　　在现有文献成果的基础上，对线性多自由度基底隔震结构的动力特性，本文开展的主要研究分析工作及其成果如下：
　　(1)在地面水平简谐运动输入条件下，分别采用滞后阻尼和粘滞阻尼，对7自由度结构推导了结构加速度、绝对位移、层间位移的振幅随振动频率而变化的解析计算公式。结果表明，基底隔震结构的水平加速度隔震传递率与水平绝对位移隔震传递率的计算公式相同，基底隔震能降低上部结构的加速度振幅，也能降低上部结构的绝对位移振幅，而水平层间位移振幅的隔震传递率与其存在明显的区别；
　　(2)利用建立的解析计算公式进行参数分析。结果表明，在地面水平简谐运动条件下，抗震结构的绝对位移振幅随楼层的升高而明显增大，而基底隔震结构的绝对位移振幅因基底隔震而明显降低，其随楼层的升高而增大的幅度较小；抗震结构的水平层间位移振幅沿楼层升高而降低，基底隔震结构的水平层间位移振幅沿楼层升高的变化很小。文中还考察了隔震器阻尼变化对隔震效果的影响，并对基底隔震结构的基本频率提出了一个近似计算方法；
　　(3)在线性模型下，对含有多频成份的水平地震加速度信号输入，采用直接积分法计算了7自由度结构的动力响应，由此考察了基底隔震结构加速度、层间位移峰值沿楼层的变化特征，算例表明它们与解析分析的结果在定性规律上基本一致。
　　本文由理论分析得到的初步结果，对认识基底隔震结构动力特性有一定的理论和实用参考价值。在隔震结构绝对位移及其沿楼层变化的规律，建议后续开展试验研究进行检验。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2我国隔震建筑发展基本情况

1.3国内外研究概况

1.4本文主要研究内容及章节安排

第二章 多自由度结构简谐振动幅频关系解析解

2.1单自由度结构简谐振动计算

2.2无阻尼多自由度结构简谐振动解析解

2.3两种阻尼模型的比较

2.4本章小结

第三章 多自由度体系动力特性解析分析

3.1单自由度结构简谐振动特性概述

3.2多自由度结构简谐振动特性分析

3.3阻尼对多自由度结构动力响应影响分析

3.4本章小结

第四章 多自由度体系地震响应特性分析

4.1结构地震响应运动方程

4.2算例结构计算参数

4.3结构地震响应时程分析

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要工作与创新点

5.2对后续研究工作的建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文