大底盘高塔楼隔震结构的动力时程分析及优化

摘要

隔震结构体系是区别传统抗震结构体系的一种被动控制体系，通过设置隔震层来吸收并消耗地震能量，减少结构的地震反应，确保结构的安全。隔震结构体系改变了传统抗震结构体系的耗能原理，即通过隔震层的耗能装置，而不是改变结构或结构构件来吸收和消耗地震能量，这种优越的耗能特性是传统抗震结构体系所不能实现的。随着建筑隔震技术的发展和应用，也为工程防震减灾领域带来了新的思路和方法。大底盘塔楼结构正在成为城市建设过程中被普遍采用的结构形式，但由于其结构复杂，在理论研究和工程设计中难点和疑点比较多。为了提高大底盘多塔楼结构在地震中安全性能，引入隔震结构体系，进行这种结构隔震体系的理论分析和研究是非常必要和有效的。目前这一课题的理论研究和工程实践基本处于初步探索阶段，没有形成完善的分析计算方法，本文针对这一课题进行了深入的分析和研究。 本文首先建立了各隔震结构的结构动力模型并推导出系统的整体质量矩阵和刚度矩阵；其次利用大型结构有限元分析软件SAP2000对大底盘塔楼结构的抗震结构和不同隔震结构体系在El-centro波、taft波和南京波下进行动力时程分析，评判隔震结构的减震效果。 通过对大底盘塔楼结构不同隔震结构体系与非隔震结构体系的分析研究，以及与该结构抗震性能的进行对比，本文指出对大底盘塔楼结构进行隔震设计技术上可靠，分析计算思路清晰，操作简练，减震效果良好；经过探讨不同地震波作用下体系的动力反应和不同塔楼的动力反应，初步揭示了不同地震作用对不同结构的影响规律。

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致谢

第一章 绪论

1.1引言

1.2隔震体系综述

1.2.1隔震技术

1.2.2隔震结构体系的基本特征

1.2.3基础隔震体系

1.2.4层间隔震体系

1.2.5调谐质量阻尼系统(TMD)

1.3本文的主要研究内容

第二章 隔震装置力学特性

2.1隔震装置的简介及其基本特点

2.1.1叠层橡胶的分类

2.2叠层橡胶支座的结构和特征

2.3叠层橡胶支座力学特性

2.3.1理论的假定条件

2.3.2竖向刚度

2.3.3水平刚度

2.3.4屈曲荷载

2.3.5叠层橡胶垫的阻尼

2.3.6隔震支座恢复力特性

2.4隔震器在SAP2000中的数值模型

2.4.1粘滞阻尼单元

2.4.2橡胶隔震单元

2.4.3摩擦摆隔震单元

第三章隔震结构的动力分析方法

3.1隔震体系的动力方程

3.1.1层间隔震结构的动力方程

3.1.2调谐质量阻尼系统(TMD)隔震体系的动力方程

3.2隔震结构的自振特性分析

3.2.1逆迭代法

3.2.2雅克比法

3.2.3子空间迭代法

3.3结构动力方程的求解方法

3.3.1中心差分法

3.3.2平均常加速度法

3.3.3线性加速度法和Wilson-θ法

3.3.4 Newmark-B法

3.3.5 Hiber-Huges-Taytorα方法

第四章隔震结构的地震动响应分析

4.1计算程序

4.2模型方案的选择与建立

4.2.1计算模型基本数据

4.2.2参数取值

4.3结构动力特性对比

4.4结构地震反应特性分析

4.4.1地震波的选取

4.5结构地震反应对比

4.5.1最大层间位移反应分析

4.5.2塔结构底部剪力反应分析

4.5.3顶点加速度地震反应分析

4.5.4隔震结构隔震支座地震力反应分析

第五章结论与展望

5.1结论

5.2有待进一步解决的问题

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文