非规则房屋结构隔震体系的计算方法与动力性能计算研究

摘要

本文提出了适用于非规则布置房屋结构隔震体系计算的层单元模型。该模型主要有层间刚度、弹力半径、刚度偏心距等性能参数。这些性能参数的计算仅与本层结构的尺寸和材料有关。在模态分析的基础上，本文建立了平动扭转藕联房屋结构隔震体系的简化计算方法，该方法动力自由度、输入参数相对较少，能够适用于扭转非规则房屋结构隔震体系的实用设计计算。本文利用层单元性能参数，构造了考虑楼板变形的有限元层单元计算模型，同时建立了多层非规则布置房屋结构及其隔震体系的动静力计算方法。该方法与传统的上部结构计算方法的衔接很方便，计算过程层次分明，高效可靠，易于把握。另外在数值计算方面，本文提出了改进的wilson-θ法，谱分析和时程分析迭代法等等。 本文的计算分析说明，对于扭转非规则隔震体系，上部结构的性能参数对隔震体系的扭转效应有一定的影响，隔震层的性能参数对隔震体系的扭转效应有很大的影响。将隔震层刚度偏心距相对上部结构刚度偏心距反向设置可以进一步降低底部层间惯性扭矩。对于凹凸非规则隔震体系，上部结构的局部变形能够大幅减小，但凹凸部位隔震层底板变形较大。上部结构的性能参数和隔震层性能参数对底板变形有较大影响，将隔震层的刚度平面布置与上部结构刚度平面布置接近一致，可有效降低底板的变形。对于底部弱层非规则隔震体系，上部结构弱层的侧移和楼板变形能有效地降低。将隔震层的刚度平面布置与弱层刚度平面布置接近一致，仍可有效降低底板的变形。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1非规则房屋结构及其不利因素

1.1.1非规则布置房屋结构

1.1.2不利因素

1.2隔震结构体系的特点及隔震技术的发展现状

1.2.1隔震结构体系的特点及优越性

1.2.2隔震技术的发展与应用

1.3非规则建筑结构隔震体系的研究现状和分析

1.3.1扭转非规则问题

1.3.2凹凸非规则问题

1.4本文的研究目的和意义及主要工作

1.4.1研究目的和意义

1.4.2主要研究工作

第二章房屋结构地震反应计算的几个基本问题

2.1层单元的性能参数

2.1.1层单元模型

2.1.2性能参数

2.1.3平扭藕联重迭结构的动力特性

2.2地震反应计算特征量

2.2.1广义位移和变形

2.2.2广义惯性力

2.3地震反应计算方法

2.3.1反应谱方法

2.3.2时程分析方法

第三章 平动扭转藕联房屋结构隔震体系的计算简化方法

3.1隔震结构计算的基本简化体系

3.1.1隔震结构的动力分析

3.1.2隔震结构计算的基本简化体系

3.2平动扭转藕联房屋结构隔震体系的基本计算方法

3.2.1动力方程

3.2.2计算程序

3.3平动扭转藕联房屋结构隔震体系的计算简化方法

3.3.1考虑上部结构一级振型的动态变形简化计算方法

3.3.2考虑上部结构一级振型的静态变形简化计算方法

3.3.3不考虑上部结构变形的简化计算方法

3.4几种计算方法的计算比较

3.4.1各方案的特点

3.4.2算例及比较

3.5小结

第四章平动扭转藕联房屋结构隔震体系的动力性能

4.1隔震体系的基本动力性能

4.1.1算例基本数据

4.1.1计算结果与分析

4.2隔震体系的动力特性随性能参数的变化

4.2.1刚度偏心距对动力特性的影响

4.2.2弹力半径动力特性的影响

4.3总体隔震层性能参数对隔震体系地震反应的影响

4.4隔震结构刚度分布对动力反应的影响

4.4.1刚度偏心距对动力反应的影响

4.4.2弹力半径对动力反应的影响

4.4小结

第五章考虑楼板变形时的层单元分析

5.1基本假定和单元位移函数

5.1.1基本假定

5.1.2位移函数

5.2单元刚度矩阵

5.2.1侧移构件变形能

5.2.2楼板的弯曲变形势能

5.2.3楼板的剪切变形势能

5.3单元质量矩阵和惯性力列阵

5.3.1单元质量矩阵

5.3.2惯性力列阵

5.4单元阻尼矩阵

5.5小结

第六章非规则布置房屋结构的动力性能

6.1非规则房屋结构的动力计算原理

6.1.1非规则房屋结构的动力方程

6.1.2构件的内力计算方法

6.2非规则房屋结构的动力特性及计算比较

6.2.1算例基本数据

6.2.2自振周期计算结果及比较

6.3平面非规则布置房屋结构的地震反应

6.3.1结构变形竖向分布

6.3.2结构刚度分布的变化对楼板变形的影响

6.4底部弱层非规则房屋结构的地震反应

6.4.1结构变形竖向分布

6.4.2第一层位移差平面分布

6.5小结

第七章非规则布置房屋结构隔震体系的地震反应计算方法

7.1隔震体系的动力计算原理

7.1.1层单元位移函数

7.1.2层单元刚度、质量、阻尼及惯性力矩阵

7.1.3隔震结构的动力方程

7.2隔震结构动力方程的数值解法--迭代法

7.2.1反应谱分析迭代法

7.2.2时程分析迭代法

7.3非规则房屋结构及其隔震体系计算程序介绍

7.3.1程序框图及输入输出说明

7.3.2程序的特点和功能

7.4非规则房屋结构隔震体系的基本动力性能

7.4.1结构变形竖向分布

7.4.2层间位移差的水平分布

7.4.3结构的总体效应

7.5小结

第八章非规则房屋结构隔震体系性能参数对地震反应的影响

8.1引言

8.2隔震体系的地震反应对随总体性能参数的变化

8.2.1隔震垫总体平均自振周期的影响

8.2.2隔震垫平均阻尼比的影响

8.3隔震体系的地震反应随各子结构总体性能参数的变化

8.3.1隔震层刚度比的影响

8.3.2隔震层阻尼分布的影响

8.3.3底部弱层情况的计算讨论

8.4隔震体系的地震反应随子结构内部性能参数的变化

8.4.1隔震层弹力半径的影响

8.4.2隔震层刚度偏心距的影响

8.5小结

第九章结论与展望

9.1本文主要结论

9.1.1计算方法研究

9.1.2动力性能研究

9.2有待进一步研究的问题

附录

参考文献

2002～2006年发表的主要学术论文

致 谢